Uma estrutura para associação de interfaces 2D a ambientes virtuais dispostos na Internet

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM INFORMÁTICA Thaíse Kelly de Lima Costa Uma estrutura para associação de interfaces 2D a ambientes virtuais dispostos na Internet João Pessoa 2008

2 Thaíse Kelly de Lima Costa Uma estrutura para associação de interfaces 2D a ambientes virtuais dispostos na Internet Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências da Computação da Universidade Federal da Paraíba como quesito para a obtenção do Título de Mestre em Informática. Orientadora: Profª. Doutora Liliane dos Santos Machado João Pessoa 2008

3 c837u Costa, Thaíse Kelly de Lima. Uma estrutura para associação de interfaces 2D a ambientes virtuais dispostos na Internet / Thaíse Kelly de Lima Costa. João Pessoa, p. : il. Orientadora: Liliane dos Santos Machado Dissertação (Mestrado) UFPB / CCEN 1. Internet. 2. Ambientes Virtuais (AVs). 3. Realidade Virtual (RV). 4. Campus Virtual. 5. Interface - Ambiente Virtual. UFPB / BC cdu: (043)

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5 AGRADECIMENTOS Ao longo do período de desenvolvimento deste trabalho, pude contar com incentivo e carinho de diversas pessoas: professores, amigos e familiares. A todos vocês que me ensinaram e apoiaram durante essa jornada quero deixar registrado os meus sinceros agradecimentos. Em primeiro lugar, agradeço a Deus pelo dom da vida e amparo concedido nos dias de preocupação e tristeza. Em especial, agradeço a minha orientadora, Liliane dos Santos Machado, por sua amizade, paciência e constante orientação durante todo o período do meu estudo e trabalho. Aos meus Pais, por toda confiança, carinho e incentivo em todos os momentos da minha vida. Por todas as palavras e gestos de conforto que tanto me ajudaram nos momentos de preocupação. Ao meu namorado Achilles, por toda sua compreensão, carinho, paciência e cuidado incondicional. Aos meus irmãos, cunhados e sobrinhos que sempre me incentivaram nesta longa jornada e que agora dividem comigo esta felicidade. A todos os meus amigos do Laboratório de Tecnologia para Ensino Virtual e Estatística que me acompanharam durante o mestrado. Obrigada pela amizade, ajuda e cooperação de todos vocês. Em especial agradeço a Bruno Sales, que trabalhou diretamente comigo e ajudou na conclusão do projeto. Agradeço também a Thaís Pereira e Amanda por terem contribuído na modelagem do Campus. Gostaria de agradecer também aos meus amigos e companheiros de mestrado, Gedvan Dias e Reginaldo Filho, por todo apoio e ajuda nessa caminhada. Agradeço também a todos os professores que contribuíram na minha pesquisa com sugestões e materiais, colocando-se à disposição para o auxílio, em particular Ronei Moraes, Paulo Rosa e José Antônio. Muito obrigada!

6 RESUMO A representação de ambientes reais por meio de ambientes virtuais permite que usuários visualizem e conheçam lugares remotos. Em alguns casos, esses ambientes são tratados apenas como maquetes virtuais. A incorporação de técnicas de Realidade Virtual (RV) vem transformar essas maquetes em Ambientes Virtuais (AVs) 3D capazes de mapear as ações do visitante e interagir com ele em tempo real. Recentemente, vem surgindo uma nova proposta que consiste na integração de modelo bidimensional (imagem) como porta de entrada para os modelos tridimensionais. Este fato possibilita a distribuição contextualizada de Ambientes Virtuais 3D em espaços bidimensionais. Esses ambientes virtuais podem estar associados a interfaces que buscam de alguma forma auxiliar o usuário no ambiente virtual. Estas interfaces costumam ser construídas de forma exclusiva para o AV apresentado. Dessa forma, a idealização de uma estrutura que permita a adição de AVs a uma interface, padroniza a integração destes ambientes. Este trabalho apresenta uma estrutura para organizar as informações do AV a fim de que possam ser utilizadas para apresentação através de um modelo de interface também idealizado neste trabalho e que parte da idéia de utilização do 2D como base para o aprofundamento no ambiente 3D. Assim, a utilização da estrutura torna a interface independente do ambiente virtual, sendo possível a sua utilização por outros ambientes que se interessem pela forma de apresentação ao usuário. Como estudo de caso, este trabalho se aplica a associação da interface a um Campus Virtual para a Universidade Federal da Paraíba (UFPB) que tem por objetivo oferecer serviços variados, disponibilizando não apenas um ambiente universitário para visitação, ou acesso a serviços apenas de caráter educacional, mas também a disponibilização de outros tipos de serviços, como administrativos e sociais. Palavras Chave: Realidade Virtual, 2. Ambiente Virtual, 3. Campus Virtual, 4. Interface para Ambiente Virtual.

7 ABSTRACT The representation of real environments through virtual environments allows people to visualize and know distance places. Sometimes, the virtual environments are built only to represent "virtual mock-ups". The addition of Virtual Reality techniques transforms these models in 3D Virtual Environments (VEs) with actions mappings and interaction in real time. Recently, 2D models (images) have been used as a start point for 3D environments. This fact allows the distribution of context from parts of 3D VEs through their location in images. The VE may be associated with interfaces that aim to help the user. Generally, these interfaces are built for a single VE. Thus, the idea of a structure that allows the addition of the VEs to an interface model unifies the association of these environments. This work presents a structure that is able to associate an interface model to a VE, in such a way that this interface doesn`t become restrict to only one environment. The interface applies the idea of using images as a starting point for 3D environments. As a case study, this work combines the interface to a Virtual Campus for the UFPB offering support to several services (academic, administrative and social). Key Words: Virtual Reality, Virtual Environment, Virtual Campus, Interface to Virtual Environment.

8 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1. EXEMPLOS DE SISTEMAS IMERSIVOS: CAVE (À ESQUERDA) E CAPACETE (À DIREITA) [RAPOSO ET AL., 2004] FIGURA 2. EXEMPLO DE SISTEMA PARCIALMENTE IMERSIVO [RAPOSO ET AL., 2004] FIGURA 3. SEQÜÊNCIA DE EXECUÇÃO DOS MÓDULOS DO SIMULADOR DE COLETA DE MEDULA ÓSSEA. ADAPTADO DE MACHADO (2003) FIGURA 4. INTERFACE PARA SIMULAÇÃO DE FACILIDADES DE PRODUÇÃO EM LARGA ESCALA [SCHRAFT ET AL., 1997 APUD BURDEA E COIFFET, 2003] FIGURA 5. (A) TELA INICIAL COM LOCAL SELECIONADO PARA OBSERVAÇÃO. (B) MODELO VIRTUAL DE SUBESTAÇÃO. (C) TRANSFORMADOR VIRTUAL [ALMEIDA ET AL., 2006] FIGURA 6. MODELO DA CATEDRAL DE NOTRE DAME [DELEON E BERRY, 2000] FIGURA 7. ENTRADA DO AV 3D DO FÓRUM FLAVIANO DE CONIMBRIGA [GONÇALVES E MENDES, 2003] FIGURA 8. AMBIENTE VIRTUAL DO MUSEU DO LOUVRE FIGURA 9. AVATAR GUIANDO O CLIENTE NO EASYMALL (À ESQUERDA). GRUPO DE CAMISETAS RECOMENDADAS (À DIREITA) [PAN ET AL., 2004] FIGURA 10. AMBIENTE DO SECOND LIFE FIGURA 11. AMBIENTE VISTO POR USUÁRIO SEM ACESSO ADICIONAL (À ESQUERDA). AMBIENTE VISTO POR USUÁRIO COM ACESSO ADICIONAL (À DIREITA) [AQUINO, 2007] FIGURA 12. AMBIENTE VIRTUAL COM RETORNO HÁPTICO [MAGNUSSON ET AL., 2006] FIGURA 13. VISUALIZAÇÃO DE ESTRUTURAS DO CAMPUS AVCILAR DA UNIVERSIDADE DE INSTANBUL [SARISAKAL E CEYLAN, 2003] FIGURA 14. CAMPUS NTU [SOURIN, 2004] FIGURA 15. INTERFACE DE ENTRADA AO AMBIENTE DA UNIVERSIDADE VIRTUAL [PANAYIOTOPOULOS ET AL., 1999] FIGURA 16. CAMPUS VIRTUAL DA UNIVERSIDADE DE HONG KONG [WONG ET AL., 2002 APUD SCHULZ, 2004] FIGURA 17. CAMPUS VIRTUAL DA UFRGS [UFRGS, 2003] FIGURA 18. INFORMAÇÕES DISPONÍVEIS A PARTIR DO AV: (A) PÁGINAS WEB, (B) LINKS A FERRAMENTAS DISPONÍVEIS EM PÁGINAS E (C) AMBIENTES 3D. [COSTA E MACHADO, 2006] FIGURA 19. ESTRUTURA DO ARQUIVO COM FORMATO INDEXCV3D FIGURA 20. ESTRUTURA DO ARQUIVO COM FORMATO CV3D FIGURA 21. MODELO GERAL DA POSSÍVEL HIERARQUIA DE UM CORREDOR FIGURA 22. ESQUEMA DE COMUNICAÇÃO ENTRE AMBIENTE VIRTUAL E APLICAÇÃO FIGURA 23. ARQUITETURA DO SISTEMA FIGURA 24. PERFIS X3D QUE PERMITEM O APOIO MAIS EFICIENTE PARA NAVEGADORES COM CONTEÚDOS LEVES [BRUTZMAN E DALY, 2007] FIGURA 25. EXEMPLO DE ARQUITETURA PARA UM NAVEGADOR X3D. ADAPTADO DE BRUTZMAN E DALY (2007) FIGURA 26. ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DO JWS FIGURA 27. SUB-MODELOS DA INTERFACE. A) SUB-MODELO PARA EXIBIÇÃO DA IMAGEM. B) SUB-MODELO PARA EXIBIÇÃO DO AMBIENTE 3D

9 FIGURA 28. MODELO DO GRAFO DE APROFUNDAMENTO NO AMBIENTE QUE POSSUI COMO RAIZ UM ARQUIVO DE FORMATO INDEXCV3D FIGURA 29. FLUXO DE DADOS NA ETAPA INICIAL DA EXIBIÇÃO DA INTERFACE FIGURA 30. ARQUIVO INDEXCV3D UTILIZADO PARA ASSOCIAÇÃO DA IMAGEM DA UFPB PARA O AMBIENTE VIRTUAL E SUA INTERFACE FIGURA 31. FLUXO DE DADOS PARA ATUALIZAÇÃO DA INTERFACE DURANTE O PROCESSO DE APROFUNDAMENTO DA NAVEGAÇÃO FIGURA 32. FLUXO DE DADOS PARA ATIVAÇÃO DE SERVIÇOS FIGURA 33. FLUXO PARA REQUISIÇÃO DE ATIVAÇÃO DA ANIMAÇÃO PARA PASSEIO FIGURA 34. BOTÃO DE RETORNO AO AMBIENTE ANTERIORMENTE PERCORRIDO FIGURA 35. MODELAGEM GEOMÉTRICA DAS ENTIDADES BÁSICAS E SUA TRANSFORMAÇÃO PARA O FORMATO DA LINGUAGEM DE MODELAGEM [COSTA, 2006A] FIGURA 36. APLICAÇÃO DA TEXTURA DE UMA ÁRVORE UTILIZANDO BILLBOARD VISTA SOB TRÊS PONTOS DE OBSERVAÇÃO DISTINTOS FIGURA 37. PROCESSO DE FORMAÇÃO DO AMBIENTE [COSTA, 2006A] FIGURA 38. TRECHO DE CÓDIGO X3D QUE APRESENTA A INCLUSÃO DE OBJETOS FILHOS FIGURA 39. AMBIENTES 3D DISPONIBILIZADOS PELO CAMPUS VIRTUAL DA UFPB FIGURA 40. MODELO DE ARQUIVO X3D DO OBJETO QUE POSSUI INTERAÇÃO E ANIMAÇÃO DE CAMINHO FIGURA 41. A) GRAFO DE POSSIBILIDADES DA ESTRUTURAÇÃO DA PRIMEIRA PARTE. B) FORMAS DE ESTRUTURAÇÃO DA PRIMEIRA PARTE DO ARQUIVO X3D QUE CONTÉM O OBJETO (1- ESTRUTURAÇÃO REFERENTE AO APROFUNDAMENTO, 2- ESTRUTURAÇÃO REFERENTE AO ACIONAMENTO DE SERVIÇO VIRTUAL, 3- ESTRUTURAÇÃO REFERENTE AO ACIONAMENTO DE DISPOSITIVO REAL) FIGURA 42. MODELOS DE ADIÇÃO DE OBJETOS EM ARQUIVO INDEPENDENTE DE ACORDO COM O TIPO DE SERVIÇO FIGURA 43. EXEMPLO DE SUB-CENA COM USO DE DEF FIGURA 44. MODELO DE CÓDIGO PARA ADIÇÃO DE PONTOS DE REFERÊNCIA AO ARQUIVO DA CENA PRINCIPAL FIGURA 45. CÓDIGO BASE QUE APRESENTA UMA CLASSE JAVA ASSOCIADA AO NÓ SCRIPT. 82 FIGURA 46. ESTRUTURA DO FUNCIONAMENTO DO SISTEMA COM A INCLUSÃO DO SERVIÇO COM ACESSO A DISPOSITIVOS REAIS FIGURA 47. (A) AV COM APLICAÇÃO DA IMAGEM AÉREA; (B) MENU COM LISTA DAS SUB- REGIÕES DO CAMPUS VIRTUAL; (C) EXEMPLO DO FUNCIONAMENTO DA INTERFACE INICIAL DO AMBIENTE 3D FIGURA 48. IMAGEM AÉREA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA FIGURA 49. ESQUEMATIZAÇÃO DA INTERFACE DURANTE A APRESENTAÇÃO DO AMBIENTE TRIDIMENSIONAL FIGURA 50. EXEMPLO DO PROCESSO DE PASSEIO AUTOMÁTICO PELO AMBIENTE FIGURA 51. EXIBIÇÃO DE AVISO AO USUÁRIO QUANDO ESTE SE ENCONTRA FORA DO RAIO DE COBERTURA DO PONTO DE REFERÊNCIA FIGURA 52. ACESSO A SERVIÇO ATRAVÉS DE INTERAÇÃO COM O OBJETO FIGURA 53. APROFUNDAMENTO E RETORNO A AMBIENTES FIGURA 54. REQUISIÇÃO DE ACESSO A FERRAMENTA DE ENSINO CALCULADORA ESTATÍSTICA ATRAVÉS DA PORTA DE MONITORIA DO DEPARTAMENTO DE ESTATÍSTICA

10 FIGURA 55. REQUISIÇÃO DE CONSULTA AO ACERVO ATRAVÉS DA PORTA PRINCIPAL DA BIBLIOTECA CENTRAL FIGURA 56. SALA DE AULA DO CA FIGURA 57. PORTARIA PRINCIPAL COM ACIONAMENTO DE DISPOSITIVO REAL

11 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO APRESENTAÇÃO MOTIVAÇÃO RELEVÂNCIA OBJETIVOS CONTRIBUIÇÃO TRABALHOS CORRELATOS NA INSTITUIÇÃO ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ESTADO DA ARTE EM REALIDADE VIRTUAL APLICADA A AMBIENTES VIRTUAIS INTRODUÇÃO REALIDADE VIRTUAL CLASSIFICAÇÃO DE SISTEMAS DE RV APLICAÇÕES DA RV RV NA MEDICINA RV NA ENGENHARIA RV NA EDUCAÇÃO AMBIENTES VIRTUAIS AMBIENTES VIRTUAIS 3D AV 3D APLICADOS A CAMPUS UNIVERSITÁRIO CONCLUSÃO PROPOSTA DE ESTRUTURA E INTERFACE PARA AVS INTRODUÇÃO PROPOSTA DE ESTRUTURA INTERFACE E ESTRUTURA PROCESSO DE MODELAGEM SERVIÇOS ARQUITETURA FERRAMENTAS DIFERENÇAS ENTRE X3D E VRML CONCEITOS BÁSICOS SOBRE X3D SAI SCENE ACCESS INTERFACE VISUALIZAÇÃO DE CENAS FERRAMENTA DE MODELAGEM JAVA WEB START CONCLUSÃO DESENVOLVIMENTO INTRODUÇÃO PRODUÇÃO DA INTERFACE MODELAGEM E CONSTRUÇÃO DO GRAFO DE CENA PARA O ESTUDO DE CASO E REQUISITOS PARA SUA INTEGRAÇÃO COM A ESTRUTURA ADIÇÃO DO OBJETO DE ACORDO COM O TIPO DE SERVIÇO... 76

12 ADIÇÃO DA ANIMAÇÃO DE PASSEIO REQUISITOS NA CENA PRINCIPAL DO AMBIENTE INTEGRAÇÃO E ACESSO A SERVIÇOS DISPONIBILIZAÇÃO NA WEB CONCLUSÃO RESULTADOS INTRODUÇÃO RESULTADOS CONCLUSÃO CONCLUSÕES CONCLUSÃO TRABALHOS FUTUROS CONSIDERAÇÕES FINAIS BIBLIOGRAFIA

13 1 Introdução 11

14 Apresentação Há algumas décadas, o alcance de serviços disponíveis ou mesmo informações de instituições universitárias eram difíceis de serem feitos à distância. Com o advento da Internet parte destes serviços pôde também ser realizada de maneira remota. Com a constante evolução da tecnologia as formas de acesso se modificaram aproximando o usuário a distância da aplicação. Uma das formas de acesso acontece por meio da utilização das técnicas de Realidade Virtual. Através dela, pessoas podem conhecer lugares nunca antes visitados, explorar estruturas inacessíveis, além de interagir com o ambiente visualizado [Youngblut, 1998]. Esse trabalho relaciona-se com pesquisas de ambientes de Realidade Virtual para apoiar o acesso à informação em instituição universitária. A pesquisa integra um estudo de caso sobre a Universidade Federal da Paraíba (UFPB), com a modelagem e desenvolvimento de uma interface que contém o ambiente tridimensional de seu campus com suporte ao acesso a serviços da instituição e integração de novos ambientes Motivação A Realidade Virtual é uma tecnologia que oferece amplas oportunidades para a realização de experiências científicas [Burdea e Coiffet, 2003]. Sistemas de Realidade Virtual que têm por foco sua aplicação em campi virtuais são escopo de pesquisas no mundo [Panayiotopoulos et. al. 1999][Drury, 2001][Sourin, 2004], e no Brasil esta área de investigação vem ganhando importância [Pinho et. al., 1999] [Aymone et al., 2002]. As averiguações envolvendo campi virtuais tridimensionais geralmente possuem um alvo específico. Existem campi que possuem como meta apenas a reconstrução tridimensional de sua estrutura física, ressaltando seus detalhes de arquitetura e promovendo aos usuários a oportunidade de conhecer e/ou navegar pelo ambiente virtual [Aymone et al., 2002]. Há ainda outros que adicionam a estes ambientes a funcionalidade de auxiliar a educação, possibilitando que os estudantes possam extrair ou aperfeiçoar seu conhecimento, seja através de vídeos,

15 13 disponibilização de materiais, salas de bate-papo, dentre outros meios [Prasolova- Forland et al., 2005]. Sabe-se que em um campus universitário não existem apenas informações para seus estudantes. A instituição envolve também atividades administrativas necessárias para seu funcionamento e serviços para sociedade geral. Observa-se, portanto, que a integração destas atividades em campi virtuais tridimensionais poderia oferecer uma maior diversidade de serviços e assim, atender não somente aos seus estudantes, mas a professores, funcionários e à comunidade em geral. Outro fator motivante é que, de acordo com as pesquisas realizadas e trabalhos conhecidos, não há registro de interfaces que sejam capazes de adicionar, de maneira uniforme, outros ambientes virtuais. Dessa forma, o desenvolvimento de um formato de arquivo para estruturar os dados a fim de permitir a adição de Ambientes Virtuais (AVs) a uma interface, padroniza a integração destes ambientes Relevância Por muitas vezes, pessoas ao visitarem os campi universitários, sentiram dificuldade na localização de suas unidades, departamentos e setores específicos. Através da utilização de ambientes virtuais esta localização pode ser realizada com mais facilidade e de forma remota, em especial, por pessoas impossibilitadas de freqüentar o ambiente presencial, e para os que têm alguma dificuldade de locomoção. Um dos problemas é que, nem sempre, a comunidade pode ter acesso a esses campi virtuais, que por vezes são restritos a alunos da instituição. Outra questão é a restrição a tipos de serviços, ou seja, a limitação de fornecimento a serviços educacionais, desconsiderando outros tipos de atividades como as administrativas. Existe ainda a limitação quanto à facilidade de inclusão de novos cenários ou até mesmo troca de ambientes tridimensionais por parte de sua interface, que geralmente costuma estar atrelada ao ambiente tridimensional para o qual foi construída originalmente. Pretende-se com este trabalho contribuir para a realização de uma estrutura de campus virtual mais completo e adaptativo. Completo no que diz respeito à capacidade de integração de atividades que envolvam além das educacionais, serviços administrativos e sociais; adaptativo no sentido de que sua interface seja

16 14 capaz de prever a inclusão de novos ambientes, se acomodando ao crescimento do campus, ou até mesmo, sua troca completa. A adaptabilidade da interface surge do fato da utilização de formatos de arquivo, também propostos neste trabalho, que organizam as informações. Através destes formatos é possível a padronização da conexão do ambiente à interface, de maneira que esta mesma interface possa ser utilizada para apresentação de outros ambientes virtuais Objetivos O objetivo geral deste trabalho foi inquirir como os ambientes virtuais (AVs) poderiam apoiar o acesso a diferentes escopos de informações por meio de uma interface com adaptabilidade ao ambiente tridimensional e suporte a estes acessos. Tencionou-se, com o desenvolvimento deste esforço, oferecer uma estrutura para ambientes virtuais capaz de acomodar novos ambientes de forma padronizada e interligá-los a aplicações. Desta forma, este trabalho propõe uma estrutura que padroniza a adaptação de um AV a um modelo de interface que permite ser utilizada como ferramenta de apoio a navegação pelos ambientes e capaz de integrar acesso a serviços e informações. Esta estrutura permite à interface se adaptar a diferentes conteúdos, ações e aplicações, bem como a diferentes contextos. Como estudo de caso é apresentado o desenvolvimento de um campus virtual capaz de satisfazer estudantes, funcionários e membros da comunidade geral a partir da possibilidade de exploração e interação com o ambiente em busca de informações. Para este propósito, são averiguados sistemas de Realidade Virtual nas áreas que envolvem pesquisas acerca de campi virtuais, meios de interação usuário-sistema, formas de acesso à informação e aspectos de desenvolvimento do ambiente. No estudo de caso é apresentado um protótipo para o campus da Universidade Federal da Paraíba em João Pessoa Contribuição Este trabalho traz como contribuição a produção de uma estrutura que padroniza a utilização da interface por AVs que podem ser interligados a objetos e ações reais ou virtuais. A validação desta estrutura é feita por meio da integração da

17 15 interface a um ambiente para campus universitário virtual capaz de agregar diferentes tipos de informação, podendo cooperar no acesso a serviços administrativos, sociais, bem como no processo de aprendizagem. Desta forma, o Campus Virtual passará a oferecer uma representação virtual do campus real acrescido de funcionalidades que poderão cobrir as várias atividades existentes ou necessárias em uma instituição. O fato de aplicar esta idéia de integração de tarefas heterogêneas - administrativas, sociais e acadêmicas - em um ambiente disponível na Internet estimula as pesquisas científicas para desenvolvimento de métodos de restrições de acessos em ambientes de Realidade Virtual e ferramentas, de modo a impedir o ingresso de pessoas não autorizadas a determinados serviços, bem como a integração de interatividade em maquetes tridimensionais digitais, que expande sua aplicabilidade. A interface desenvolvida para o campus poderá ser aplicada a qualquer ambiente desde que sejam seguidas determinadas regras, necessárias para a padronização da adaptação de qualquer ambiente virtual à estrutura da interface Trabalhos Correlatos na Instituição Este trabalho se insere no contexto das pesquisas desenvolvidas no Laboratório de Tecnologias para o Ensino Virtual e Estatística da Universidade Federal da Paraíba (LabTEVE-UFPB), cujo objetivo é desenvolver pesquisas e sistemas para apoiar o ensino presencial e à distância através de ferramentas livres. Neste contexto, uma das investigações correlacionadas foi o projeto Maquete Interativa para Apoio ao Ensino a Distância que propôs o desenvolvimento de um modelo virtual de alguns complexos de um campus universitário com integração de links a páginas de informações e outros ambientes [Costa, 2006a]. Outras pesquisas incluem atividades diversas que poderão ser relacionadas à estrutura apresentada no presente trabalho, como por exemplo: o sistema de apoio ao ensino à distância de estatística [Gomes et al., 2006], capaz de auxiliar estudantes no aprendizado de conceitos estatísticos; o laboratório remoto [Machado et al., 2007], que provê uma exploração experimental à distância com uma melhor interação através do uso de

18 16 dispositivos hápticos; o controle de dispositivos através de sistemas embarcados [Costa, Y. et al., 2008] [Costa, T. et al., 2008], para gerenciamento de equipamentos à distância; e jogos educacionais [Netto et al., 2008] [Moraes et al., 2008], como ferramenta de auxílio no aprendizado, dentre outras pesquisas Estrutura da Dissertação Esta dissertação está dividida nos seguintes capítulos: Capítulo 1: Introdução O capítulo faz uma apresentação geral do trabalho, mostrando sua motivação, relevância científica, objetivos, contribuição, escopo do trabalho na instituição e estrutura da dissertação. Capítulo 2: Estado da Arte em Realidade Virtual aplicada a Ambientes Virtuais O capítulo apresenta os conceitos e definições da Realidade Virtual, explana sobre a diferenciação dos sistemas de RV quanto a imersão e algumas aplicações da Realidade Virtual em diversos campos, enfatizando sua atuação como meio de representação de campi virtuais. Capítulo 3: Proposta de estrutura e interface para AVs O capítulo exibe a proposta geral da estrutura para adaptar um modelo de interface a AVs. Ele esclarece os objetivos do trabalho, diferenciação, processo de desenvolvimento e ferramentas utilizadas. Capítulo 4: Desenvolvimento O capítulo aborda detalhes do processo de desenvolvimento do trabalho, mostrando etapas da construção da interface, estruturação dos dados nos formatos de arquivo, modelagem do ambiente virtual 3D trabalhando como estudo de caso o Campus Virtual para o acesso ao ambiente universitário da UFPB, integração de serviços e disponibilização na web. Capítulo 5: Resultados O capítulo apresenta os resultados obtidos com o desenvolvimento do trabalho.

19 17 Capítulo 6: Conclusão O capítulo mostra considerações do trabalho apresentado, proposta de trabalhos futuros e conclusões.

20 18 2 Estado da Arte em Realidade Virtual aplicada a Ambientes Virtuais

21 Introdução Com a aplicação em várias áreas do conhecimento como medicina, jogos, educação, treinamento militar, biologia, petroquímica, arquitetura e urbanismo, e com o grande investimento das indústrias de hardware e software, a Realidade Virtual (RV) vem obtendo um desenvolvimento acelerado [Machado, 1997] [Braga, 2001] [Fernández, 2005]. O objetivo deste capítulo é apresentar os conceitos e definições da Realidade Virtual, uma explicação sobre a diferenciação dos sistemas de RV quanto à imersão e algumas aplicações da Realidade Virtual em diversos campos, incluindo o desenvolvimento de Ambientes Virtuais (AVs) e seu uso para campi universitários Realidade Virtual A expressão Realidade Virtual (RV) surgiu no início dos anos 80 quando Jaron Lanier, fundador da VPL Research Inc., sentiu a necessidade de diferenciar as simulações tradicionais feitas por computador dos mundos digitais que ele tentava criar [Machover e Tice, 1994]. Com o passar do tempo e difusão da RV, o termo tornou-se bastante abrangente e devido a este fato, a comunidade científica procura definir a Realidade Virtual com base em suas próprias experiências. Pimentel e Teixeira (1995) definem a RV como a utilização da alta tecnologia para persuadir o usuário de que ele se encontra em uma realidade diferente: A Realidade Virtual é o lugar onde humanos e computadores fazem contato. Segundo Hedberg (1995) a RV é uma área que almeja uma nova forma de ação recíproca entre usuário e computador: Trata-se de uma nova filosofia de técnicas com o usuário, em que nesta filosofia, o usuário é posto dentro da interface. Já para Burdea e Coiffet a Realidade Virtual é uma interface humano-computador de alto nível, que envolve simulações em tempo real e interações através de múltiplos canais sensoriais. Dessa forma, podemos concluir que a RV é uma área que integra tecnologias para criar um ambiente artificial que oferece uma capacidade de interação com o indivíduo, buscando recriar ao máximo a sensação de realidade, preservando a característica de tempo real da simulação. Nessa busca pelo realismo, a RV procura integrar os sentidos humanos (como visão, audição e tato)

22 20 ao ambiente, oferecendo estímulos multi-sensoriais em seus usuários [Rosenblum et al., 1998]. Desse modo, ela permite construir ambientes onde o usuário pode navegar, interagir com a cena, tocar objetos e sentir-se imerso nestes ambientes gerados artificialmente. A navegação pelo ambiente é, tipicamente, um passeio pelo mundo virtual que pode ser feito usando um conjunto de dispositivos. Os dispositivos usados em RV podem ser divididos em dois grupos: - dispositivos de entrada; - dispositivos de saída. Os dispositivos de entrada são responsáveis pelo envio de informações de movimentação e interação do usuário com o ambiente sintético. Estas informações podem ser usadas para renderização de uma nova cena gráfica ou serem processadas como conseqüência da ação interativa do participante com o ambiente. Segundo Pimentel e Teixeira (1995) este tipo de dispositivo pode ser dividido em duas categorias: (1) os de interação e (2) os de trajetória. Os mecanismos de interação permitem ao usuário a movimentação e manipulação dos objetos no ambiente virtual. Por sua vez, os dispositivos de trajetória monitoram partes do corpo do usuário, detectando movimentos e criando a sensação de presença no mundo virtual. Já os dispositivos de saída são elementos de um sistema de RV capazes de estimular os sentidos dos usuários por meio da resposta do sistema, proporcionando uma sensação de imersão no ambiente. Nesse grupo encontram-se os (1) dispositivos visuais, (2) auditivos e (3) táteis [Cook, 2002]. Os dispositivos visuais juntamente com o tipo de imagem gerada pelo sistema atuam na determinação do nível de imersão de um ambiente RV, pois boa parte do cérebro é dedicada ao processamento e organização dos estímulos visuais [Pimentel e Teixeira, 1995]. Na visualização da RV, cada olho pode ver ou não imagens diferentes. O sistema de RV é chamado monoscópico quando uma única imagem é processada e apresentada a ambos os olhos. Contudo, quando o sistema de RV é estereoscópico, duas imagens ligeiramente diferentes são processadas e apresentadas separadamente para cada olho [Pimentel e Teixeira, 1995]. Na parte auditiva da RV têm-se os sistemas de som 3D que duplicam artificialmente os ativadores naturais que auxiliam o cérebro a localizar

23 21 o som, além de recriar eletronicamente esses efeitos em tempo-real [Jacobson, 1994]. Já os dispositivos táteis em um sistema de RV buscam despertar sensações como tato, tensão muscular e temperatura [Gradecki, 1994] Classificação de Sistemas de RV Os sistemas de RV costumam ser classificados por diversos fatores. Dentre as classificações encontradas na literatura pode-se citar a relacionada ao grau de imersão e interatividade proporcionada a seus usuários, considerando os dispositivos multi-sensoriais usados ou não por eles [Vince, 1995] [Leston, 1996] [Cardoso et al., 2007]. Desta forma, os sistemas de Realidade Virtual podem ser caracterizados como: imersivos, não-imersivos e parcialmente imersivos. Os sistemas imersivos visam provocar aos usuários o sentimento de total imersão no ambiente artificial, isolando-o por completo do mundo real por meio da utilização de dispositivos especiais. Entre os dispositivos geralmente utilizados para visualização do ambiente encontram-se os capacetes de visualização, as cavernas digitais, ou ainda salas com projeções de visões nas paredes, teto e piso [Cruz-Neira et al., 1993]. Além do fator visual, dispositivos relacionados aos demais sentidos são de grande relevância para o sentimento de imersão no ambiente como as luvas de dados, rastreadores de movimento, dispositivos de som, entre outros. Estes sistemas além de permitirem a imersão completa do indivíduo, têm também como vantagem a não violação da sensação de profundidade. As desvantagens presentes neste tipo de sistema é o fato de ser considerado invasivo e poder levar ao cansaço físico e desconforto do usuário [Raposo et al., 2004]. Exemplos de sistemas totalmente imersivos são apresentados na Figura 1. Nos sistemas não-imersivos o mundo real não fica oculto e o usuário não perde a noção do ambiente natural. Estes sistemas podem fazer uso de dispositivos como monitores convencionais para a visualização dos ambientes virtuais e por esta razão, costumam ser chamados de sistemas não-imersivos baseados em monitor. Apesar de sua limitação no que diz respeito ao sentimento de imersão, este tipo de sistema traz como vantagens o custo reduzido e a facilidade de interação, pois o usuário não perde contato com o mundo real, podendo usar os dispositivos convencionais como o teclado, mouse e joystick [Raposo et al., 2004].

24 22 Figura 1. Exemplos de sistemas imersivos: CAVE (à esquerda) e capacete (à direita) [Raposo et al., 2004]. Por fim, os sistemas parcialmente imersivos conseguem produzir um sentido maior de imersão em relação aos sistemas baseados em monitor, através do emprego de uma ou mais telas de projeção ou de vários monitores [Cardoso et al., 2007]. Nesse tipo de sistema o usuário sente-se mais envolvido com o ambiente tridimensional. Dessa forma, dispositivos de entrada específicos são empregados. As vantagens em relação a esse sistema são: o maior campo de visão em relação aos sistemas não-imersivos, não ser tão invasivo como os sistemas imersivos quanto ao uso de dispositivos específicos e permitir um maior número de usuários simultâneos em relação aos sistemas baseados em monitor. Como desvantagem tem-se a limitação do espaço de visualização com a conseqüente perda da sensação de profundidade [Silva et al., 2004]. A Figura 2 mostra um exemplo de sistema de projeção parcialmente imersivo composto de duas telas de projeção dispostas em ângulo de 90. Figura 2. Exemplo de sistema parcialmente imersivo [Raposo et al., 2004].

25 Aplicações da RV A RV vem sendo aplicada de maneira bastante diversificada e em diversas áreas do conhecimento como medicina, engenharia e educação. Novas aplicações surgem constantemente devido a requisições de mercado e criatividade das pessoas. Existem diversos objetivos para os quais as aplicações são desenvolvidas, como ensino, entretenimento e treinamento, dentre outros RV na Medicina Áreas de saúde, como medicina, têm se beneficiado dos avanços tecnológicos providos pela Realidade Virtual. As vantagens advindas da utilização da RV na medicina incluem: a melhoria do treinamento médico, onde os erros iniciais passam a ser realizados nos modelos virtuais antes que em pacientes reais, além de fornecer possibilidade de treinamento de casos raros e não usuais; procedimentos de certificação mais realista utilizando medidas objetivas de avaliação das habilidades cirúrgicas; e tratamentos mais agradáveis, no caso de reabilitação virtual. Na década de 1990 uma pequena companhia chamada Virtual Presence Ltd. introduziu um dos primeiros simuladores de cirurgias minimamente invasivas baseada em RV [Stone, 1999]. O sistema, chamado o Minimally Invasive Surgical Trainer (MIST-VR), consiste em uma interface de computador de propósitos especiais, um PC, um monitor, e software especializado com finalidade de treinamento cirúrgico minimamente invasivo. O sistema MIST-VR 3D apresenta os modelos virtuais de laparoscópios, bem como os objetos de estudo contidos no interior de uma área operacional cúbica. O treinamento consiste em executar seis tarefas de complexidade crescente, que foram selecionadas baseadas na análise de procedimentos cirúrgicos de bexiga. Durante a execução das tarefas o sistema armazena variáveis objetivas tais como: tempo total de conclusão da tarefa, tempo de conclusão de sub-tarefa, número de erros (movimentos longe do alvo), e eficiência (economia de movimento). Estes dados de desempenho são fornecidos em um relatório disponível ao aprendiz e ao examinador (durante exames) e permite

26 24 uma estatística comparativa dentro de um grupo de aprendizes [Burdea e Coiffet, 2003]. Outro projeto que envolve a aplicação de treinamento cirúrgico foi o desenvolvido por Machado (2003) que aplica a Realidade Virtual em procedimentos invasivos de oncologia pediátrica. O sistema consiste em um PC, monitor ou projetor, dispositivo háptico, óculos especiais e software especializado para o treinamento do processo de coleta da medula óssea. O simulador apresenta o modelo virtual 3D da bacia em três situações. Na primeira, o modelo é apresentado para o estudo do aprendiz, podendo ser manuseado, explorado em partes individuais ou em conjunto por meio de aplicações de transparência nas camadas. Na segunda situação, com a utilização do dispositivo háptico, pode-se realizar o toque no modelo da bacia e sentir suas propriedades físicas. Por último, é possível ser feita a coleta por meio da injeção de uma agulha virtual, guiada pelo dispositivo háptico, na crista do osso ilíaco, local adequado para a retirada da medula. A Figura 3 apresenta este processo. Figura 3. Seqüência de execução dos módulos do simulador de coleta de medula óssea. Adaptado de Machado (2003). Ainda outra aplicação que aborda o desenvolvimento de um sistema baseado em RV para apoio a prática médica e educação é o conjunto de bibliotecas desenvolvidas no projeto CyberMed [Machado et al., 2004]. Este projeto consiste em um conjunto de bibliotecas integradas para o rápido desenvolvimento de aplicações de Realidade Virtual, com suporte à visualização tridimensional, interação com

27 25 toque, suporte a plataforma VirtWall [Moraes et al., 2003], deformação interativa e avaliação do usuário. As bibliotecas podem ser utilizadas individualmente ou em conjunto, tendo sincronização completa entre as funcionalidades selecionadas pelo usuário RV na Engenharia Várias pesquisas [Kreitler et al., 1995][Brunetti et al., 2000][Fosse e Vieira, 2002] apresentam vantagens da utilização da Realidade Virtual em indústria e engenharia, destacando-se as facilidades promovidas por esta tecnologia para criação de protótipos virtuais e projetos baseados em simulação. Nesse contexto, a RV pode disponibilizar para projetistas e engenheiros um ambiente em que é possível ser realizada a análise sobre diversas alternativas de projetos em modelos virtuais de forma mais eficiente, com custos e tempo mais reduzidos em relação aos testes com modelos reais. Além dessas facilidades, este princípio de trabalho faculta ao profissional da indústria testar a viabilidade da execução de um determinado projeto de maneira hábil, ainda nos primeiros estágios, sendo de grande utilidade no sentido de prever mudanças em estágios finais de um modelo, onde o custo financeiro ocasionado pela detecção de falhas neste estágio seria bem maior [Cardoso et al, 2007]. No planejamento de construção de fábricas, a RV tem importantes tarefas no layout do projeto (realizado pelo arquiteto) e simulação do fluxo do material (realizado pelos engenheiros industriais), que cresce em dificuldade com a complexidade do produto sendo feito. Neste caso, pesquisadores do Fraunhofer Institute, na Alemanha, desenvolveram um ambiente de autoria baseado em RV combinando simulação de objeto com simulação do fluxo de material [Schraft et al., 1997 apud Burdea e Coiffet, 2003]. A interface com o usuário, apresentada na Figura 4, permite o projetista selecionar vários tipos de equipamentos industriais como esteiras, paletas e prateleiras de armazenamento, e imbutem controle virtual baixonível e equipamentos de percepção. O equipamento de controle (controladores lógico programável) pode ser codificado em linguagem assembly nativa e os códigos traduzidos para uso na simulação de plantas. O fluxo contrário também é verdadeiro, permitindo que programas verificados em simulações RV possam ser portados para

28 26 células de trabalho real. Isto resulta em segurança de tempo bem como redução de riscos de congestionamentos de fluxo [Schraft et al., 1997 apud Burdea e Coiffet, 2003]. Vantagens adicionais são: a melhoria da transparência dos processos logísticos na planta, aumento da segurança, e avaliação das variáveis múltiplas e dependências dinâmicas [Burdea e Coiffet, 2003]. Figura 4. Interface para simulação de facilidades de produção em larga escala [Schraft et al., 1997 apud Burdea e Coiffet, 2003] RV na Educação A área educacional tem sofrido grande influência da RV, devido à constante busca de novas formas que auxiliem a melhoria da transmissão da informação de maneira clara, objetiva, prazerosa e que desperte o interesse do aprendiz na busca por informações [Youngblut, 1998]. Neste aspecto, a RV vem possibilitar aos seus usuários uma forma imersiva, interativa e dinâmica de participar de um ambiente que busca oferecer informações de maneira mais atrativa. Como resultado de investigações feitas acerca da utilização da RV no auxílio à educação é possível afirmar que a técnica permite ao usuário [Lima, 2001]: Estar imerso em um ambiente virtual 3D gerado por computador; Sentir-se presente no ambiente; Sentir-se motivado a interagir de maneira intuitiva com o ambiente virtual; Realizar atividades em ambiente seguro;

29 27 Melhor compreensão de fenômenos complexos e/ou abstratos; A combinação destas características faz da RV uma importante ferramenta na construção do conhecimento, principalmente quando aplicada em formulação de conceitos abstratos e complexos [Lima, 2001]. Existem diversos programas direcionados à análise do potencial da utilização da tecnologia da Realidade Virtual na educação. Entre eles tem-se o VRRV (Virtual Reality Roving Vehicle) que tem por objetivo levar até professores e alunos, por meio de trailers e vans, a oportunidade de conhecer a tecnologia de Realidade Virtual através de palestras, aulas, construção e visitas a ambientes virtuais [Osberg, 1997]. Outro projeto que agrega as características da RV para ambientes educacionais é descrito por Pasqualotti. Em seu artigo ele apresenta um ambiente VRML para o Ensino-Aprendizagem de Matemática que tem por objetivo o desenvolvimento de um modelo conceitual e implementação de um ambiente de aprendizagem tanto para o ensino-aprendizagem de matemática (em especial, o conteúdo de geometria) como para o desenvolvimento dos aspectos cognitivos (com base nas teorias do construtivismo) [Pasqualotti e Freitas, 2000]. Cunha (2006) apresenta o AnatomI 3D, um atlas digital de anatomia baseado em RV. A iniciativa do AnatomI 3D é proporcionar a estudantes e profissionais da área médica uma alternativa aos atlas existentes, tanto em formatos de livros quanto formatos digitais, que não possuem ferramentas suficientes para garantir uma visualização presencial da estrutura analisada. Este atlas visa mostrar, de forma interativa, as estruturas tridimensionais do corpo humano e seus respectivos descritivos com informações textuais a respeito de cada estrutura. Além das características básicas semelhantes aos atlas digitais já desenvolvidos, este atlas possibilita a imersão simultânea de várias pessoas no ambiente virtual visualizado com a visão estereoscópica, baixo custo de desenvolvimento e processamento, independência entre o módulo dos sistemas e modelos gráficos, seleção de camadas, aplicação de transparência e possibilidade do usuário interagir com a estrutura. Almeida (2006) em sua aplicação mostra um software que permite a interpretação e a visualização do funcionamento de uma usina hidrelétrica, sendo composto por modelos virtuais que simulam um ambiente real da usina. O sistema

30 28 possibilita que o aluno possa observar com precisão o funcionamento de estruturas da usina, incluindo aquelas cuja visualização seja impossível no ambiente real. Sua interface inicial é composta por um modelo bidimensional da área onde o aluno pode selecionar e estudar cada parte da usina através dos modelos 3D (Figura 5). Figura 5. (a) Tela inicial com local selecionado para observação. (b) Modelo virtual de subestação. (c) Transformador virtual [Almeida et al., 2006]. Como observado ao longo desta seção, muitos trabalhos agregam de forma objetiva, ou como conseqüência do modo de utilização, aspectos educacionais em seus AVs. Na literatura podem ser encontradas outras aplicações que buscam melhorar a compreensão de conceitos ou ferramentas e o processo de análise de experiências, dentre outros fatores que contribuem para o crescimento intelectual [Byrne, 1996] [Hounsell et al., 2006] [Chitarro e Ranon, 2007] Ambientes Virtuais Quando se fala em Ambientes Virtuais (AV), geralmente analisa-se o contexto para saber a que este termo se refere. Isto acontece porque a expressão ambiente virtual é comumente utilizada na definição de diferentes tipos de ambientes que

31 29 possuem alguma característica virtual. Entretanto, virtual é um conceito aplicado com diferentes tipos de denotação e conotação. Buscando sua definição em um dicionário obtém-se: que tem a faculdade em potencial, mas não em ação; suscetível de ser realizado; diz-se da imagem formada pelos prolongamentos dos raios refletidos [Aurélio, 2002]. Igualmente, devido ao amplo domínio do termo virtual, a expressão ambiente virtual vem sendo aplicada de diferentes maneiras. Por vezes, ela é designada para referenciar páginas de Internet com conteúdos hipermídia, ou ainda aplicações computacionais convencionais. Por exemplo, observa-se em Pennella (2003) a expressão AV usada para referenciar uma aplicação de teleoftalmologia para diagnóstico remoto em casos clínicos, ou seja, o AV trata-se de um meio computacional que tem por objetivo a captura e processamento de imagens oftalmológicas para realização de análises e posterior diagnóstico. A expressão também costuma ser aplicada para designar ambientes virtuais de aprendizagem como o Moodle, TelEduc, AulaNet, WebCt, TopClass, Quantum, dentre outros. Neste escopo, o AV trata-se de um espaço bidimensional para apoio ao processo de aprendizagem, onde professores podem fornecer materiais (como textos, vídeos, entre outros), estimular a participação do aluno (através de batepapo, fórum, etc.), e avaliar seus aprendizes (entrega de atividades, grau de participação e, às vezes, avaliação presencial) [Grings et al., 2000] [Fuks et al., 2003]. Outra forma de interpretação faz referência à expressão AV como um ambiente de Realidade Virtual ou mundo virtual que pode envolver características tridimensionais e bidimensionais (imagens, textos). Sob este ponto de vista, ele pode ser definido como um cenário dinâmico armazenado em computador e exibido através de técnicas de computação gráfica e RV, em tempo real [Rebelo e Pinho, 2004]. Moshell e Huges (2002) ratificam este conceito quando dizem que o AV se trata de uma simulação gráfica em tempo real e, pelo fato de estar associada às técnicas de RV, afirmam que o usuário pode interagir com os objetos deste ambiente dentro de um espaço de referência. É através deste ponto de vista que neste projeto trabalha-se o termo ambiente virtual.

32 Ambientes Virtuais 3D Os ambientes virtuais tridimensionais podem tanto simular ambientes reais, como representar ambientes imaginários, sendo utilizados em uma variedade de domínios. Um exemplo de aplicação é o processo de elaboração e visualização de projetos arquitetônicos culturais como ocorre no Virtual Reality Notre Dame VRND (Figura 6) [DeLeon e Berry, 2000], no Fórum de Conimbriga [Gonçalves e Mendes, 2003] e museu virtual do Louvre [Candello e Ulbricht, 2004]. Ambos consistem de um ambiente multi-usuário capaz de ser acessado através da Internet. O VRND foi desenvolvido por um grupo de pesquisadores que envolviam membros dos EUA, França e Japão. Estes pesquisadores utilizaram dados arquitetônicos e fotográficos para reconstruir o modelo tridimensional, com riqueza de detalhes, da Catedral de Notre Dame, tendo como ferramentas de desenvolvimento o motor gráfico Unreal da Epic Games, com suporte a completa renderização OpenGL. De acordo com seus desenvolvedores, o objetivo não era apenas a reconstrução para visitação, mas a disseminação da história e cultura do lugar. Embora não houvesse interação direta com os objetos do ambiente, o VRND dispunha de um guia virtual que possuía ações pré-programadas que o permitia conduzir visitantes pela catedral, mostrando pontos importantes e explicação via caixa de texto [DeLeon e Berry, 2000]. Figura 6. Modelo da Catedral de Notre Dame [DeLeon e Berry, 2000].

33 31 A reconstrução virtual do Fórum Flaviano de Conimbriga (Figura 7) foi desenvolvido com base nas plantas elaboradas durante as pesquisas sobre o lugar, utilizando a linguagem VRML e buscando, ao máximo, uma representação realista contrabalanceada com o custo de processamento de exibição do modelo. O projeto da reconstrução do fórum, assim como o projeto VRND, teve por objetivo propagar o valor cultural do monumento, tornando-o acessível remotamente a vários usuários. O projeto deixava o usuário livre para navegar por suas estruturas, embora não tivesse guias virtuais para auxiliar o processo nem oferecesse outro tipo de interatividade com o usuário além da navegação [Gonçalves e Mendes, 2003]. Figura 7. Entrada do AV 3D do Fórum Flaviano de Conimbriga [Gonçalves e Mendes, 2003]. O museu virtual do Louvre foi desenvolvido utilizando VRML e busca disponibilizar aos seus visitantes a possibilidade de passeios virtuais e visualização de muitas obras presentes no museu real [Candello e Ulbricht, 2004]. Os ambientes do museu onde são dispostas as obras são representações virtuais de algumas salas reais do próprio museu. Ao passear pelo ambiente o visitante além de visualizar a obra de arte pode ter acesso a seu descritivo. A Figura 8 apresenta uma das salas deste museu onde são dispostas as obras de arte. Outra forma de utilização dos ambientes virtuais 3D é para o favorecimento do comércio, como venda de imóveis. De acordo com Burdea (2003), na área de vendas, a visualização dos projetos permite que o cliente tenha um maior

34 32 conhecimento sobre o imóvel ajudando na argumentação. Na tentativa de avaliar este pensamento, Ribeiro e Rocha (2005) elaboraram um projeto para construção de um andar modelo virtual, que se trata de um AV 3D não imersivo baseado nas plantas de um edifício. Na elaboração do projeto foram utilizados como ferramentas de desenvolvimento o 3D Studio Max [Autodesk, 2008] e o WorldUp [Sense8, 2008]. Através do ambiente, o cliente podia navegar e visualizar o apartamento antes mesmo de sua construção, e de acordo com a avaliação realizada pelos autores, isto permitiu a diminuição dos custos iniciais de construção e facilitou a relação com o cliente [Ribeiro e Rocha, 2005]. Figura 8. Ambiente Virtual do museu do Louvre. Ainda na área do comércio pode-se salientar o uso dos AVs para criação de shoppings virtuais como ferramentas auxiliadoras do comércio eletrônico. Como exemplo pode-se citar o EasyMall (Figura 9), que se trata de um ambiente 3D multiusuário agregado a características 2D que permite interação e manipulação. Este projeto foi desenvolvido através da utilização de VRML e Java, e oferece a seus usuários um guia de serviço inteligente e uma plataforma customizável, onde os clientes podem modificar os atributos dos produtos, como formas, cores, tamanho, entre outras características, a fim de adaptá-lo aos seus requisitos [Pan et al., 2004].

35 33 Figura 9. Avatar guiando o cliente no EasyMall (à esquerda). Grupo de camisetas recomendadas (à direita) [Pan et al., 2004]. A área de entretenimento também é outro foco de utilização dos ambientes virtuais 3D, podendo ser citados os jogos em ambientes virtuais tipo Role-playing games (RPG). Estes jogos são considerados histórias com roteiro pré-definido, contudo seus participantes podem tomar decisões de acordo com seus personagens, buscando melhorar as habilidades. Trata-se de um jogo de caráter cooperativo, pois é necessária a cooperação entre os personagens a fim de que consigam cumprir determinada tarefa. Estes jogos podem também incentivar experiências pedagógicas interessantes, proporcionando a redescoberta da arte de criar, ouvir e contar histórias, através de um contexto virtual [Bittencourt e Giraffa, 2003]. Outro ambiente 3D que pode ser usado não apenas sob o ponto de vista do entretenimento, como também do comércio virtual e da educação, é o Second Life (Figura 10). Este espaço virtual trata-se de um ambiente VRML multi-usuário, disponível através da Internet. No Second Life o residente pode criar objetos, cenários e interagir com outros usuários por meio de avatares. Os objetos criados são propriedades de seus autores, podendo ser vendidos para outros residentes ou dados de graça. Os cenários construídos podem fazer parte de um projeto pedagógico que possibilite experiências que enriqueçam a construção do conhecimento de forma colaborativa e cooperativa. Dessa forma, o ambiente pode contribuir em vários aspectos, dependendo da forma como é utilizado por seus usuários [Rodrigues, 2007]. Existem universidades que estão usando o Second Life como meio de ensino e aprendizagem. Algumas instituições educacionais que participam desse ambiente

36 34 ainda têm atuação limitada, estando presente apenas para promover o marketing da instituição, mas já existem àquelas que trabalham com pesquisa sobre as potencialidades da ferramenta para EaD [Mattar e Maia, 2007] Figura 10. Ambiente do Second Life. Os AVs também estimulam outros tipos de pesquisa, como por exemplo, as investigações a respeito da adaptação do ambiente aos seus usuários. Neste sentido, Aquino (2007) apresenta uma infra-estrutura para gerenciamento de componentes de RV, que permite gerar Ambientes Virtuais adaptativos, em tempo real, de acordo com o perfil do usuário. Cada objeto do mundo pode conter vários níveis de informação que são apresentados ao usuário de acordo com o seu nível de conhecimento ou a sua capacidade de aprendizado. Dessa forma, o AV pode ser gerado de acordo com a evolução cognitiva do usuário, que é avaliada por uma sociedade de agentes que monitoram as ações do usuário. A Figura 11 apresenta o mesmo ambiente visto por usuários com nível de conhecimento diferentes. Existem também pesquisas a respeito da inclusão de características hápticas à ambientes virtuais. Magnusson (2006) apresenta um protótipo de ambiente virtual construído em X3D capaz de gerar retorno háptico. Este retorno é feito por meio da utilização da API H3D da Sensegraphics [H3D, 2008] que inclui leitura e exibição de arquivos X3D. O protótipo consiste em um ambiente virtual simples composto por uma caixa limitada com características hápticas habilitadas, onde o usuário, ao atingir o limite, é capaz de sentir a superfície do objeto. A Figura 12 apresenta o

37 35 protótipo e o dispositivo (PHANToM Omni) utilizado para o teste com o retorno háptico. Figura 11. Ambiente visto por usuário sem acesso adicional (à esquerda). Ambiente visto por usuário com acesso adicional (à direita) [Aquino, 2007]. Figura 12. Ambiente virtual com retorno háptico [Magnusson et al., 2006] AV 3D aplicados a campus universitário Um Campus Virtual é um AV para fins universitários que pode agregar características 2D e/ou 3D. Os Campi Virtuais bidimensionais costumam ser sítios de instituições de ensino que provêem desde informações gerais da instituição até recursos para extensão do processo de aprendizado, de forma que este processo também possa ser realizado a distância no ambiente. Nestes casos, os Campi Virtuais são dotados de recursos como disponibilização de vários tipos de materiais (textos, vídeos, salas de bate-papo, dentre outras funcionalidades) e restrições de acesso para entrada apenas de usuários cadastrados. Como exemplo destes Campi Virtuais, tem-se as Universidades Abertas que se tratam de instituições de ensino

38 36 superior que exibem características da aprendizagem aberta [Conole e Weller, 2007]. Com a difusão do cenário tridimensional interativo, aspectos 3D também foram integrados à campi virtuais, surgindo então o que pode-se chamar de Campus Virtual 3D. Este ambiente pode proporcionar aos usuários um maior estímulo na navegação, uma vez que possibilita a melhor percepção de espaço, além de poder aumentar a sensação de presença de quem o está utilizando [Leston, 1996] [Schulz, 2004]. A partir destas considerações, o termo campus virtual passará a se referir, no pressente documento, a um ambiente virtual tridimensional que representa uma instituição de ensino superior. Em relação a pesquisas feitas sobre campi virtuais, geralmente encontram-se projetos que integram a arquitetura do campus e suas aplicações educacionais. O crescimento da utilização dos campi virtuais deve-se ao fato das características de tempo real, exploração do ambiente e interação com os objetos serem bastante atrativas para uso neste tipo de pesquisa. Através da construção dos modelos virtuais, as estruturas reais do campus passam a ser reproduzidas virtualmente com características dinâmicas e a agregação de aplicações educacionais a essas maquetes virtuais visam aumentar o estímulo à aprendizagem dos estudantes por meio da exploração do mundo. Entre as pesquisas que têm por foco a aplicação da RV em ambientes universitários, existem as que envolvem apenas a reconstrução 3D de sua estrutura física, ressaltando seus detalhes de arquitetura e promovendo aos seus usuários a oportunidade de conhecer e/ou navegar pelo ambiente virtual. Outras adicionam a estes ambientes a funcionalidade de auxiliar a educação, possibilitando que os estudantes possam extrair ou aperfeiçoar seu conhecimento, seja através de vídeos, disponibilização de materiais, salas de bate-papo, entre outros meios. Drury (2001) em sua pesquisa trabalha com a questão do modelo 3D da instituição. O foco de seu trabalho é a construção da estrutura tridimensional do campus, tendo por objetivo a construção de modelos virtuais com base em plantas bidimensionais, promovendo uma reconstrução 3D externa e interna seguindo localizações e proporções corretas. O ponto de partida do projeto é a ferramenta Building Model Generator (BMG), desenvolvida na Universidade da Califórnia e

39 37 capaz de transformar plantas baixas em modelos 3D. Este processo é constituído por várias etapas e requer um número grande de informações adicionais para a finalização da tarefa. O modelo resultante foi convertido para a linguagem de modelagem tridimensional Open Inventor a fim de ser visualizado, uma vez que a linguagem nativa do BMG carecia de visualizadores comerciais. Outro projeto que segue a linha de Drury, enfatizando o modelo do campus apenas como instrumento de passeio e apreciação remota, é o abordado por Sarisakal e Ceylan (2003). Através da pesquisa realizada, os autores construíram o Campus Virtual Avcilar da Universidade de Instanbul através da linguagem de modelagem VRML. A Figura 13 mostra o passeio virtual por algumas estruturas da universidade, o setor de engenharia e medicina veterinária, através do plug-in Cosmo Player. Figura 13. Visualização de estruturas do Campus Avcilar da Universidade de Instanbul [Sarisakal e Ceylan, 2003]. Sourin (2004) em seu trabalho apresenta o campus NTU (Nanyang Technological University) que possuía como idéia inicial a representação precisa do campus e sua topografia com dados obtidos por meio de estudos sobre a localização das estruturas, tamanhos, vegetação do ambiente para posterior modelagem geométrica. Na segunda etapa do projeto foi analisado o custo benefício entre complexidade do modelo e realismo, a fim de reduzir os polígonos para conseguir colocar seu modelo na Internet, através do uso de VRML. Além disso, o campus tinha uma meta maior, disponibilizar ferramentas para os estudantes como: salas virtuais com conteúdo multimídia onde professores podiam encontrar seus

40 38 alunos e salas de bate-papo para que os estudantes pudessem se comunicar. A seguir é apresentada a interface deste campus (Figura 14) onde pode ser observada a representação dos usuários por meio avatares e comunicação através de batepapo. Figura 14. Campus NTU [Sourin, 2004]. Panayiotopoulos et al. (1999) apresenta uma aplicação interativa que guia o visitante dentro de campus virtual desenvolvido em VRML. A comunicação entre visitante e aplicação é realizada por um diálogo através de linha de comando, onde são passadas as informações necessárias para que o visitante possa ser conduzido a lugares que refletem sua necessidade, e sejam apresentados documentos multimídia apropriados. A Figura 15 apresenta a interface inicial do ambiente. Outra aplicação que se pode salientar é o Campus Virtual da Universidade de Hong Kong [Wong et al., 2002 apud Schulz, 2004], apresentado na Figura 16. O desenvolvimento do campus foi baseado em tecnologias web, como VRML (Virtual Reality Modeling Language) e Java, embora não se encontre disponível na Internet. O objetivo do campus virtual de Hong Kong difere dos demais apresentados, pois visou à orientação dos visitantes da instituição e para isso, possui um sistema de grafos que orienta o usuário sobre determinado caminho. Por exemplo, se o usuário indicar um ponto de origem e um de destino, o sistema automaticamente, através de algoritmos de caminho mínimo, indica ao usuário o menor caminho dentre os dois pontos do campus.

41 39 Figura 15. Interface de entrada ao ambiente da Universidade Virtual [Panayiotopoulos et al., 1999]. Figura 16. Campus Virtual da Universidade de Hong Kong [Wong et al., 2002 apud Schulz, 2004]. No Brasil também existem projetos de aplicação da RV em instituições universitárias, como o campus virtual da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), apresentado na Figura 17. Este campus encontra-se disponível na Internet e foi desenvolvido pelo Núcleo de Computação Gráfica Aplicada (NCA) em conjunto com a Faculdade de Arquitetura. A modelagem das estruturas que compõem o campus virtual foi feita por meio do programa AutoCAD e a aplicação dos materiais, como cores e texturas, foi realizada com a utilização do software 3D Studio. Após essa etapa, as edificações foram exportadas para VRML e o modelo virtual do campus foi produzido. O modelo construído dá suporte apenas para a

42 40 navegação do usuário, onde através do passeio pode ser observada a riqueza do patrimônio histórico e arquitetônico da UFRGS [UFRGS, 2003]. Figura 17. Campus Virtual da UFRGS [UFRGS, 2003]. Outro projeto brasileiro foi o desenvolvido por Costa (2006) que consiste em um modelo virtual de algumas estruturas do Centro de Ciências Exatas e da Natureza, pertencente à Universidade Federal da Paraíba (UFPB), com integração de serviços oferecidos pelo campus, alguns deles sendo apresentado na Figura 18. A partir das criações gráficas 3D construídas com base nas interpretações dos modelos edificados do campus real, o usuário pode realizar um passeio virtual através da Internet, conhecer a instituição e interagir com o modelo em busca de informações sobre professores, laboratórios, ferramentas de ensino, ou outras informações gerais. A modelagem das estruturas básicas que compõem o campus foi realizada por meio do software Blender e depois exportada para VRML onde foram aplicadas características materiais, como cores e texturas, e produzido o modelo final do ambiente [Costa e Machado, 2006]. Figura 18. Informações disponíveis a partir do AV: (a) páginas web, (b) links a ferramentas disponíveis em páginas e (c) ambientes 3D. [Costa e Machado, 2006].

43 Conclusão Neste capítulo foi possível descrever os principais conceitos relacionados à Realidade Virtual e suas aplicações em diversas áreas, tendo como foco principal sua aplicação em ambientes virtuais. Foi descrito também as diversas visões destes AVs. No escopo do projeto, consideramos que o ambiente virtual, também chamado ambiente virtual 3D, consiste em um ambiente sintético tridimensional que oferece oportunidades de exploração e interação com o cenário virtual. Embora para o propósito do projeto este ambiente seja baseado em sistema Desktop, onde a interação é produzida principalmente pelo mouse e apresentada no monitor, ele apresenta vantagens interessantes como a interatividade com respostas a ações sobre o sistema em tempo real, baixo custo tanto de desenvolvimento quanto de apresentação do ambiente, além da facilidade de acesso por meio da Internet. De acordo com as pesquisas realizadas percebe-se que grande parte dos ambientes virtuais não utilizam a integração de interfaces 2D a seus ambientes e, quando existentes, estas interfaces são concebidas exclusivamente para os modelos 3D que representam e não consideram a possível adaptação a outros ambientes e contextos. Observa-se ainda neste capítulo que, de acordo com a literatura, os ambientes virtuais aplicados a reprodução de campi universitários objetivam de maneira geral, o provimento de uma maquete virtual de instituições universitárias que propicie a navegação cognitiva pelo ambiente, o estímulo ao aprendizado e propriedades interativas. No entanto, eles não consideram características que vão além do aspecto educacional ou social, que são a possibilidade de agregação de atividades administrativas no campus.

44 3 Proposta de estrutura e interface para AVs 42

45 Introdução Modelos computacionais tridimensionais permitem a visualização de lugares que poderiam ser de difícil acesso para algumas pessoas devido, por exemplo, a sua distância geográfica, a dificuldade física de locomoção ou a dificuldade de localização pela falta de conhecimento do lugar. Estes modelos por si só, tratam-se apenas de maquetes tridimensionais virtuais. A Realidade Virtual (RV) permite transformar essas maquetes virtuais em interfaces interativas e atrativas para seus usuários capazes de mapear as ações do visitante, modificando o ambiente em tempo real. Agregando técnicas de RV a estas maquetes, torna-se possível a exploração e manipulação do ambiente, simulando uma navegação como se o usuário estivesse caminhando, sobrevoando ou examinando o cenário. No capítulo 2, pôde-se constatar a importância da integração de diferentes áreas trabalhando em conjunto com a RV para o desenvolvimento de aplicações, entre elas, o desenvolvimento de campi virtuais. Desde o advento da Internet, as instituições de ensino superior procuraram disponibilizar suas informações e alguns serviços por meio de uma rede. Inicialmente, do ponto de vista de sítios web multimídia e, mais recentemente, por meio de ambientes virtuais de aprendizagem e ambientes virtuais tridimensionais. De acordo com projetos encontrados e apresentados na seção 2.5.1, observou-se que o uso desses AVs 3D aplicados no contexto universitário, também conhecidos por campi virtuais, costumam ter focos específicos. Vêem-se ambientes que se preocupam apenas com a reconstrução do campus, procurando ressaltar detalhes e oferecer navegação virtual aos seus usuários [Drury, 2001] [Sarisakal e Ceylan, 2003] [UFRGS, 2003]. Outro busca adicionar técnicas que auxiliem o passeio (virtual e real) por meio de ferramenta de busca pelos caminhos mais curtos entre lugares [Wong et al., 2002 apud Schulz, 2004]. Existem ainda os que procuram conjugar outras formas de interatividade, além da navegação, que contribuam nos aspectos educacionais da instituição de ensino [Panayiotopoulos et al., 1999] [Sourin, 2004] [Costa, 2006a]. De forma geral, também se pôde observar ao longo do capítulo 2 que outra questão relacionada aos ambientes virtuais diz respeito as suas interfaces, que quando existentes, são concebidas exclusivamente para os

46 44 ambientes que representam. Desta forma, este trabalho propõe uma estrutura que padroniza a adaptação de um AV a um modelo de interface que permite ser utilizada como ferramenta de apoio a navegação pelo ambiente e capaz de integrar acesso a serviços e informações. Esta estrutura permite à interface se adaptar a diferentes conteúdos, ações e aplicações, bem como a diferentes contextos. A interface tem por idéia base o início da navegação partindo de um ambiente bidimensional (ambiente virtual onde se apresenta apenas imagem), expandindo para tridimensionalidade com características interativas, incluindo a possibilidade de comunicação com o real. O ambiente virtual utilizado para a validação desta estrutura consistiu em um Campus Virtual para a Universidade Federal da Paraíba (UFPB) que expande a idéia dos campi virtuais quando busca integrar a seu ambiente a disponibilização de serviços que vão além do contexto educacional, atingindo também o contexto administrativo e social da instituição. Apesar de buscar oferecer uma réplica virtual da UFPB, este trabalho não tem o intuito de apresentar com riqueza de detalhes a arquitetura da universidade e busca o equilíbrio entre a complexidade e o realismo dos modelos. Ele aproveita as idéias de navegabilidade e interatividade dos trabalhos apresentados no capítulo 2 e as aplica dentro do contexto do campus da UFPB Proposta de Estrutura Este trabalho propõe a construção de um modelo de interface capaz de ser utilizada por ambientes virtuais para auxiliar no processo de navegação e acesso a serviços no ambiente. Desta forma, para padronizar a associação foi proposto um formato de arquivo que organiza os dados necessários à conexão do ambiente com a interface. O estudo de caso aplica a associação da interface ao Campus Virtual da UFPB, utilizando o formato de arquivo para dispor convenientemente as informações necessárias à integração. O desenvolvimento do trabalho passa pela idealização da interface, formulação dos formatos de arquivo, produção da interface, formação do ambiente do campus virtual e adição de serviços. O estudo de caso parte da idéia de navegabilidade e interatividade com objetos do campus, suportando o acesso a

47 45 serviços que atinjam o interesse de estudantes, comunidade e corpo administrativo da instituição. Um Campus Virtual deve oferecer um ambiente tridimensional intuitivo e atrativo. Intuitivo a fim de que os participantes possam explorá-lo com facilidade, preservando sempre a sensação de localização. E atrativo não apenas em aspectos de visualização realista, como também na capacidade de estimular a permanência dos vários tipos de usuário no ambiente. Este estímulo pode ser alcançado quando o participante passa a ser um sujeito ativo no ambiente, capaz de interagir com ele e obter serviços de seu proveito. Dessa forma, o campus virtual deve incluir recursos que abranjam o interesse de todos seus possíveis usuários (corpo acadêmico, social e administrativo), relacionando de forma unificada um conjunto de informações. É importante observar que um sistema completo possui um complexo e dispendioso desenvolvimento, pois inclui a construção de um sistema de interface capaz de acomodar um ambiente virtual, criação dos modelos do AV 3D, adição de serviços, sistema de distribuição consistente e sistema de controle de acesso aos seus possíveis usuários. Neste último caso, um sistema específico para controle de acesso permitiria o uso do sistema da interface nas três esferas alvo (administrativa, acadêmica e social), garantindo a segurança dos dados. Portanto, neste trabalho descreve-se o processo de desenvolvimento da interface que faz uso de um formato de arquivo proposto para torná-la adaptável a ambientes virtuais e a valida-se através de sua associação ao Campus Virtual. A fim de uma melhor apresentação do trabalho proposto aplicado ao estudo de caso, esta seção será dividida em: interface e estrutura, que mostra informações a respeito do princípio da interface e da estrutura utilizada para organizar as informações a respeito do ambiente; processo de modelagem do estudo de caso, que expõe o processo de construção do campus virtual; e serviços, que mostra como os ambientes trabalharão a questão da integração de informações Interface e Estrutura De acordo com Brutzman (2006), vem surgindo uma nova tendência que consiste na associação de modelos bidimensionais (por exemplo: imagens de satélite ou aéreas) como ponto de partida para modelos tridimensionais. Este fato

48 46 possibilita a distribuição contextualizada de ambientes virtuais 3D em espaços bidimensionais. Atualmente, é possível às pessoas visitarem remotamente lugares do mundo, por meio de aplicativos como, por exemplo, o Google Earth ( que disponibiliza imagens de satélite de todo o globo. Ao se aprofundar no passeio, o usuário pode atingir alguns lugares que oferecem modelos 3D de estruturas. Porém, esses modelos não passam de maquetes virtuais sem possibilidade de interação. Partindo desta idéia, o presente projeto propõe uma interface que, inicialmente, apresente o modelo bidimensional como forma de acesso inicial a AVs 3D. Este ambiente possibilita interações com os objetos presentes na cena feitas direta ou indiretamente (através da interface). A interface proposta tem como objetivo ser adaptável a utilização por outros ambientes (além do estudo de caso), assim como prover auxílio na navegação do mesmo e suportar a inclusão de serviços. Para isto, propôs-se a utilização de dois tipos estruturados de arquivos: o IndexCv3d e o Cv3d. O primeiro tipo contém dados que permitem destacar em uma imagem as regiões que contém informações adicionais, passíveis de maior exploração. Estas informações podem ser a ligação a ambientes tridimensionais, acionamento de serviços ou páginas de hipertexto. Já o arquivo formato Cv3d contém dados a respeito do ambiente virtual 3D, seus objetos interativos e rotas de animacão, ou seja, é utilizado especificamente para descrever as relações entre objetos e suas ações. A estrutura de arquivo IndexCv3d é apresentada na Figura 19. De acordo com a figura, observa-se que na primeira linha do arquivo são fornecidas três informações: nomeav: indica o nome do AV associado a imagem; imagem: que especifica a fotografia global da região que será representada virtualmente. Ela é necessária para a aplicação da textura no AV; limiteescala: que representa o zoom máximo para esta imagem, sendo usado para o limite de aproximação na interface. A partir da segunda linha do arquivo são apresentadas as informações a respeito das sub-regiões da imagem, sendo estas:

49 47 tag: indica o nome da sub-região, sendo usada na criação da lista de subregiões; imagemcontorno: representa uma fotografia de borda utilizada como textura para o destaque do local; translacaoxy: indica o valor X e Y que será necessário transladar a imagem de contorno para adequá-la a posição da região na imagem original; arquivo: consiste em um arquivo que poderá ser do formato Cv3d (caso a região proporcione uma ligação a um AV 3D), IndexCv3d (caso proporcione uma ligação a uma imagem de outra região), ou um arquivo bytecode java (caso a região propicie a chamada a uma aplicação java, ou página web). Figura 19. Estrutura do arquivo com formato IndexCv3d. A estrutura de arquivo Cv3d é apresentada na Figura 20. Observando esta figura tem-se: taggeral: indica o nome do AV 3D, que é apresentado na interface após o carregamento do ambiente; ambiente3d: arquivo do AV 3D que será carregado pela interface; imagemregiao: imagem mais detalhada da região, sendo utilizada para apresentação na interface; A partir da segunda linha do arquivo constam informações sobre os objetos da cena que possuem algum tipo de interação e rota de animação, sendo elas: tag: indica o nome do objeto com capacidade de interação, podendo ser usada para criação da lista de caminhos pré-definidos; arquivoobjeto: corresponde a um arquivo X3D que contém o objeto interativo e sua rota de animação; arqindexcv3d/cv3d: corresponde ao arquivo do formato Cv3d ou IndexCv3d, necessário apenas quando o objeto interativo está relacionado a outro ambiente

50 48 X3D ou imagem, e não diretamente a uma aplicação ou página web. Figura 20. Estrutura do arquivo com formato Cv3d. Estes objetos são armazenados em uma lista e inseridos na raiz do grafo de cena em tempo de execução, a fim de que o sistema possa ter acesso aos seus nós para poder manipulá-los. Este acesso não é possível através dos mecanismos tradicionais de acesso se os objetos com interação estiverem incluídos diretamente no interior do grafo de cena. Portanto, este modelo de estrutura foi idealizado como uma forma de contornar esta limitação. Através dos formatos de arquivo propostos não é necessário que as inclusões de novos AVs alterem o código do programa, bastando que as informações sobre estes ambientes sejam informadas nos locais apropriados. Por exemplo, para associar um AV 3D a uma determinada região da imagem precisa-se: (1) adicionar mais uma linha no final do arquivo.indexcv3d informando os dados requeridos; (2) criar mais um arquivo.cv3d mostrando as informações exigidas. Para o estudo de caso, a proposta é aplicada na construção de um Campus Virtual que apresenta em sua interface inicial uma imagem aérea da UFPB, disponibilizada pelo professor Paulo Rosa do Departamento de Geociências da UFPB. Através desta imagem o usuário tem a visão completa da universidade e pode localizar estruturas a fim de explorar o ambiente 3D. Trata-se da agregação de características bidimensionais para auxiliar o usuário no reconhecimento das subregiões do campus e conduzi-lo a um aprofundamento direcionado da navegação. No momento em que a imagem aérea do campus é apresentada pela interface (informação obtida por arquivo no formato indexcv3d), disponibiliza-se um menu de navegação e a uma lista contendo as sub-regiões da Universidade, pois a interface reconhece que se trata da apresentação de uma imagem. Estas subregiões independem do ambiente, e estão definidas no formato de arquivo

51 49 IndexCv3d. Quando um item da lista é selecionado, a região se destacada automaticamente no mapa, tornando a associação perceptiva ao usuário. Ao optar por determinada região, o usuário pode ser conduzido a: representação virtual 3D do ambiente; imagem de outra região; ou ainda, a uma aplicação ou página web. Esta associação entre região e tipo de ação disponível é reconhecida pela interface através da análise dos dados no formato de arquivo IndexCv3d. Quando é apresentado um ambiente 3D, o menu de navegação e a lista de sub-regiões são substituídos automaticamente na interface por, respectivamente: uma imagem mais detalhada do local e uma lista de localizações pré-definidas do ambiente. Esta atualização é feita com base nos dados obtidos no arquivo de formato Cv3d do ambiente Processo de Modelagem Para a construção de um ambiente virtual 3D questões a respeito do custo computacional do modelo também devem ser avaliadas. Sabe-se que tal custo pode influenciar na velocidade de exibição e navegação da cena gráfica e, conseqüentemente, desestimular o usuário quanto ao seu uso. Dessa forma, a criação de um ambiente virtual deve considerar a relação entre custo e desempenho do ambiente 3D. A criação do modelo tridimensional é baseada em uma forma hierárquica de organização, de maneira a ajudar na compreensão das dependências existentes entre as entidades que compõem a cena gráfica, como também na redução do custo de armazenamento do modelo através do reaproveitamento destas entidades. Esta forma de organização se assemelha a um grafo direcionado, tendo o modelo final como raiz que se ramifica até atingir as entidades básicas. No grafo, cada nó pode ter mais de um pai, ou seja, uma entidade pode participar da formação de mais de um objeto, evitando cópias desnecessárias para a formação da cena gráfica. Suponha-se a modelagem de um corredor de departamento como apresentado na Figura 21. Na organização deste grafo de cena tem-se um corredor como raiz (ou seja, o modelo final). Esta raiz possui entidades filhas que se ramificam até alcançar as entidades básicas de formação como parede, porta, piso, cadeira, janela, viga, etc. Através deste exemplo fica clara: a relação de

52 50 dependência entre os níveis do grafo, onde o nível superior depende de entidades do nível inferior; e, o reaproveitamento de uma mesma entidade para formação de mais de uma entidade de nível superior, ajudando na redução do custo computacional do modelo. Figura 21. Modelo geral da possível hierarquia de um corredor. As entidades básicas contêm diversos atributos que descrevem sua geometria, aparência e transformações. A descrição geométrica destas entidades é composta pela definição espacial dos seus pontos e polígonos. Para a descrição da aparência, especifica-se o material ou textura, o que pode ocorrer a partir da associação de uma imagem à entidade em questão. O posicionamento, orientação e tamanho das entidades na cena gráfica utilizam as transformações geométricas, que possibilitam escala, rotação e translação da entidade na cena gráfica. Estes atributos (geometria, aparência e transformações) podem ser trabalhados a fim de ajudar na qualidade dos modelos sem comprometer fortemente o custo computacional. Por exemplo, ao construir uma parede de tijolos, ao invés de modelar uma geometria composta por vários paralelepípedos, pode-se modelar uma única caixa, fazendo as transformações geométricas necessárias e aplicando uma textura de tijolos, obtendo uma entidade com qualidade e de menor custo computacional em relação à primeira. A construção dos modelos da cena gráfica é realizada através do uso de

53 51 ferramentas de modelagem tridimensional. Tais ferramentas permitem a formação de objetos básicos que posteriormente são unidos através do uso de uma linguagem de descrição de cenas 3D, para a formação do AV completo Serviços Além de um modelo tridimensional com possibilidade de passeio, o interesse do projeto é o fornecimento de serviços e informações. Estes podem ser oferecidos por meio da associação de objetos às aplicações. Por exemplo, um objeto calculadora estatística poderia levar um aluno a uma ferramenta de ensino; um objeto porta de sala poderia conduzir a uma página com as informações referentes a um determinado assunto; ou ainda, um objeto "interruptor de luz" poderia acionar a luz de uma sala virtual e também ativar uma aplicação de acionamento da luz real. A integração dos serviços requer o uso de uma linguagem de programação externa, neste caso Java, que é suportada pela linguagem de modelagem de cenários utilizada (explicada na seção 3.4). A comunicação (linguagem de modelagem de cenários e Java) é realizada através de um protocolo para manipulação do grafo de cena que permite o relacionamento com as entidades gráficas. A Figura 22 apresenta este esquema de comunicação. Figura 22. Esquema de comunicação entre ambiente virtual e aplicação Arquitetura A renderização dos objetos 3D é realizada por um navegador que permite a

54 52 visualização, navegação e interação com o ambiente virtual. Ele possibilita o acionamento das aplicações ou aprofundamento da navegação utilizando uma API específica (ver seção 3.4.3). No sistema, o navegador é executado na máquina do cliente utilizando uma solução que controla os serviços e protocolos de comunicação Web (ver seção 3.4.6). No ambiente virtual, os serviços oferecidos são associados a objetos virtuais e distribuídos no ambiente. Quando o serviço associado ao objeto refere-se a mudanças em dispositivos reais, a requisição primeiramente é enviada ao servidor. Este, por sua vez, analisa os dados e repassa a mudança ao dispositivo. Se a alteração for possível de ser realizada, então, o status do dispositivo real é modificado, o servidor é informado e, por fim, são enviados os dados necessários para a atualização do ambiente virtual para todos os clientes. Quando se trata de aplicações que não envolvem o acionamento de dispositivos reais, a chamada é realizada no próprio cliente. A Figura 23 apresenta a arquitetura geral do sistema. Nela é possível observar que a interface é gerenciada por dois módulos. O primeiro é responsável pela adaptação da interface para a apresentação de imagens, já o segundo é responsável pela adaptação da interface para apresentações de ambientes virtuais. Para ambos os casos, existe um gerenciador de serviços responsável pelo acionamento dos serviços requisitados na imagem ou ambiente virtual. Figura 23. Arquitetura do sistema.

55 Ferramentas O desenvolvimento de ambientes virtuais é realizado por meio de ferramentas que sejam capazes de construir mundos tridimensionais detalhados e interativos. Entre as linguagens de descrição de cenários 3D utilizadas para esta construção destacam-se: o VRML [Ames et al., 1997], Java3D [Java3D, 2008] e X3D [Web3D, 2008]. A VRML é uma linguagem de modelagem de cenários através da qual é possível construir ambientes tridimensionais virtuais na Internet. Os arquivos VRML não necessitam de compilação e armazenam em sua estrutura informações sobre os objetos virtuais, sendo estas informações interpretadas e apresentadas pelos visualizadores da linguagem. O Java3D, por sua vez, constrói seus ambientes através de comandos, sendo necessária a compilação de seus arquivos para posterior visualização. Em estudos comparativos sobre estas linguagens [Meiguins et al, 2002] foi observado que o VRML possui algumas vantagens sobre o Java3D, principalmente em relação ao seu desempenho [Meiguins et al, 2002]. A partir de testes realizados, tendo como parâmetro o tempo de carga, foram atingidos resultados superiores com o uso do VRML. O X3D vem surgindo como um aperfeiçoamento do VRML. Ele possui uma especificação melhorada, com inclusão de novos nós, API (Application Programming Interface) avançada e novos formatos de codificação. Dessa forma, este tópico vem apresentar: as principais diferenças do X3D em relação a sua antecessora; alguns conceitos básicos sobre a linguagem de descrição de cenários escolhida; a realização do suporte às interações com a cena gráfica; as ferramentas de visualização para a apresentação da AV 3D; e, a ferramenta de modelagem para a construção dos objetos básicos Diferenças entre X3D e VRML No desenvolvimento do X3D foi aproveitado o trabalho realizado pelo VRML utilizando as idéias básicas e promovendo a ampliação delas para uma maior flexibilidade. Entre as principais mudanças tem-se a adaptação da especificação em três partes: conceitos abstratos; formato de codificação para arquivos; e acesso à

56 54 linguagem de programação. Outras mudanças significativas ocorreram, como [Web3D, 2008]: Extensão das capacidades do grafo de cena: introdução de novos nós e campos de dados, maior precisão no sistema de iluminação e modelos de eventos, e fornecimento de acesso aos valores de transparência nos campos de cores. Revisão e unificação do modelo da API: promovendo o esclarecimento e solução de problemas existentes com o VRML, que possui uma API de script interna e outra externa; Aceitação de múltiplos formatos de codificação: VRML, XML e binário comprimido; Modularização da arquitetura: prover uma melhor flexibilidade e extensão, pois parte dos ambientes de aplicações não utilizam todos os recursos X3D e nem todas as plataformas suportam todas as funcionalidades definidas na especificação. Desta forma, devido aos melhoramentos ocorridos nesta linguagem, ela foi adotada para o desenvolvimento do Campus Virtual proposto como estudo de caso para a aplicação da interface adaptativa Conceitos básicos sobre X3D O X3D é uma linguagem de descrição de dados tridimensionais de padrão aberto, capaz de representar e comunicar cenas tridimensionais. A linguagem foi aprovada pela ISO/IEC em 2006, sendo seu desenvolvimento e especificação sob a responsabilidade da Web3D Consortium [Web3D, 2008]. O grafo de cena X3D é apresentado em um arquivo codificado em XML (com extensão.x3d), ou codificado em VRML clássico (com extensão.x3dv). A estrutura do grafo é bem definida e permanece consistente em ambas as codificações. Cada codificação impõe seus próprios requisitos em relação à sintaxe e layout da representação comum da informação. De acordo com Brutzman e Daly (2007), a estrutura dos arquivos X3D pode ser definida da seguinte forma: Cabeçalho do arquivo: contém as informações sobre a configuração inicial da cena X3D;

57 55 Declaração do cabeçalho X3D: identifica o documento como um arquivo X3D; Declaração do perfil: coleção de componentes para um específico nível de suporte; Declaração do componente: coleção de nós que geralmente possuem funcionalidades comuns; Declaração META: que provêem informações freqüentemente utilizadas para referenciar autor, direitos autorais, referências e outras informações; Corpo da cena gráfica: que contém todos os nós que compõem o modelo. A linguagem de modelagem de cenários X3D disponibiliza um conjunto finito de perfis com níveis e funcionalidades específicas. Os perfis permitem que os desenvolvedores de navegadores X3D realizem níveis intermediários de suporte, antes de alcançar uma grande parte da especificação da linguagem. Eles também auxiliam os desenvolvedores de ambientes, possibilitando que os autores foquem sua cena em um grupo de funcionalidades suportadas por um dado perfil. Os perfis também contribuem para estender o alcance do X3D a dispositivos menores e leves como telefones celulares e PDAs (Personal Digital Assistants). Na Figura 24 podemos observar os perfis suportados pelo X3D, sendo eles [Brutzman e Daly, 2007]: Core: fornece as definições mínimas requisitadas pelo navegador X3D. Interchange: perfil base para comunicação entre várias aplicações 3D. Ele inclui geometrias básicas, aparência e nós de animação. Interactive: inclui capacidades adicionais ao perfil Interchange, adicionando a maioria dos nós necessários para interação do usuário com a cena. MPEG-4Interactive: perfil que suporta as necessidades da especificação multimídia MPEG-4 para definições gráficas 3D, tratando-se de uma combinação aproximada do perfil Interactive. CADInterchange: perfil especializado que suporta a importação de modelos CAD. Ele inclui a maioria dos nós do perfil Interchange e um conjunto de nós para CAD. Immersive: inclui todas as definições existentes no perfil Interactive, adicionando outras capacidades avançadas e novos nós: geometria 2D, efeitos ambientais, utilidades de eventos, etc.

58 56 Full: inclui todos os nós definidos na especificação X3D e estende o perfil Immersive. As capacidades incluídas neste perfil são: DIS (Distributed Interactive Simulation), H-Anim (Humanoid Animation), GeoSpacial, NURBS (Non-Uniform Rational B-spline Surfaces) e outros componentes avançados. Figura 24. Perfis X3D que permitem o apoio mais eficiente para navegadores com conteúdos leves [Brutzman e Daly, 2007]. Cada perfil é composto por um conjunto de componentes. O componente é dividido em vários níveis que descrevem suas capacidades de forma crescente, isto é, quanto maior o nível, melhor a capacidade. Cada nó X3D é parte de um único componente e suas características se mantém, ou evoluem a medida que o nível aumenta SAI Scene Access Interface A SAI [X3D, 2008a] foi definida como um protocolo para manipulação do grafo de cena X3D, não sendo considerada parte direta do próprio grafo de cena. Ela foi desenvolvida para suprir a necessidade do autor de ambiente em interligar objetos do grafo de cena com ações definidas por um código customizado, seja por meio de um acesso interno ou externo. O primeiro tipo de acesso utiliza um nó específico, o Script [X3D, 2008b], interno ao arquivo X3D. Este nó é o responsável pela a ligação com a classe Java e, dessa forma, a própria cena X3D chama a classe Java que contém o código para execução das alterações pretendidas na cena. Já no acesso externo ocorre o contrário, é a classe Java que carrega o arquivo X3D e faz as alterações na cena correspondente. Para isto, a classe chama uma instância de um navegador, e utiliza

59 57 a API para receber informações ou efetuar alguma ação na cena [Martins e Miranda, 2006]. A SAI forma uma interface comum que pode ser usada para manipular o navegador e o grafo de cena através de ambas as maneiras (interna ou externamente). Estes dois modos de interação têm exigências bastante diferentes e capacidades de acessar e interagir com o grafo de cena. Conceitualmente a SAI permite cinco tipos de acesso à cena X3D [X3D, 2008a]: Acesso a funcionalidades do navegador; Recebimento de notificações das ações do navegador, como: falsas URL, iniciação e encerramento; Envio de eventos para campos de entrada ou entrada/saída dos nós contidos na cena; Leitura do último valor enviado dos campos de saída ou entrada/saída dos nós contidos na cena; Notificações de quando os eventos modificam os valores de campos de nós contidos na cena. Neste projeto será utilizado o acesso externo para interação com o grafo de cena X3D. Este tipo de acesso é útil quando se pretende compor uma aplicação composta por uma janela referente a cena 3D e outra janela composta pela interface Java Visualização de cenas A visualização da cena gráfica é realizada através de navegadores X3D, que são aplicações capazes de traduzir o código e processar a cena, não apenas mostrando os objetos 3D, como também apresentando animações e permitindo interações do usuário com os objetos. Os navegadores X3D são freqüentemente implementados como plug-ins que trabalham como parte integrada de um navegador web, como, por exemplo, Mozilla Firefox ou Internet Explorer. Estes navegadores também podem ser divulgados como aplicações autônomas ou embutidas que apresentam cenas X3D para observação dos usuários [Brutzman e Daly, 2007]. A Figura 25 apresenta um exemplo da arquitetura típica usada em um navegador.

60 58 Figura 25. Exemplo de arquitetura para um navegador X3D. Adaptado de Brutzman e Daly (2007). Observando a figura acima, a cena X3D (1) trata-se de um conjunto de arquivos que contém o código dos objetos que compõem a cena. Estas cenas são lidas pelos analisadores (2) capazes de traduzir vários formatos de arquivos disponíveis. Depois de lidos, os nós são criados (3) e enviados para o gerenciador da cena gráfica, responsável pela geometria, aparência, localização e orientação. Então, o gerenciador da cena (4), repetidamente, percorre a árvore da cena para desenhar os quadros da imagem de saída. Este processo redesenha de forma rápida e precisa as imagens baseando-se na perspectiva calculada como o ponto de visão do usuário e objetos de interesse modificado. O gráfico de evento é responsável por todos os nós de animação que são computacionalmente levados a gerar e transmitir a mudança nos valores dos eventos para a cena gráfica, podendo alterá-la. Estes nós de animação são scripts que podem enviar ou receber eventos, como também gerar ou remover geometrias da cena. Os scripts (5) encapsulam o código de programação de outras linguagens, geralmente ECMAScript (conhecido como JavaScript) ou Java. A SAI (Scene Access Interface) (6) define como a API trabalha, permitindo que autores criem códigos que possam trabalhar através de diferentes sistemas operacionais e diferentes navegadores. Por fim, as páginas web HTML e aplicações externas (7) podem também ser usadas para embutir plug-ins X3D, que aparecem para usuários com interatividade na página [Brutzman e Daly,

61 ]. Entre as ferramentas que auxiliam o processo de apresentação das cenas X3D cita-se [Web3D, 2008]: Blaxxun3D: é um pequeno applet Java de licença comercial que permite acessar ambientes 3D sem instalação e com o mínimo de download. Ele suporta perfis X3D básicos e pode ser programado por sua interface JavaScript ou Java. BS Contact VRML/X3D: é um software de visualização de modelos 3D em VRML e X3D de licença comercial suportado pela plataforma Windows. Ele possui como características: conteúdo encriptado, suporte ao nodo H-Anim e numerosas extensões. Flux Player: é um software de licença comercial para plataforma Windows que carrega cenas X3D e VRML97, provê características de navegação ao nível do usuário e se conecta a outros elementos de páginas web via script XML/DOM. FreeWRL: é um navegador e plug-in X3D/VRML de código livre suportado pelas plataformas, Linux, Unix, IRIX, MacOS X e outras. Ele suporta javascript, EAI (External Authoring Interface) e invocações java.class. Octaga: é um navegador que suporta tanto VRML quanto X3D em plataforma Windows ou Linux. Ele oferece aos usuários um grande número de efeitos visuais tais como multi-textura e sombreamento de pixels, mas possui limitações quando comparado a sua versão comercial (Octaga Professional). Xj3D: um projeto da Web3D Consortium focado na criação de uma ferramenta para conteúdo VRML e X3D escrito completamente em Java e que suporta as plataformas Windows, MacOS X, Linux e Solaris. Para o projeto do Campus optou-se pela utilização do Xj3D [Xj3D, 2008] por ser uma ferramenta de código aberto, com suporte a Java, possuir um fórum bastante ativo e estar sendo desenvolvida pela Web 3D Consortium, colaboradora do X3D Ferramenta de modelagem As ferramentas de modelagem são instrumentos para a geração de entidades tridimensionais. Atualmente existem vários pacotes para a modelagem 3D como: 3D Studio Max, Maya, ZBrush, SketchUp, POV-Ray, Blender, entre outros.

62 60 Neste projeto foi decidido pelo uso do Blender ( que se trata de um software livre para modelagem tridimensional capaz de exportar seus arquivos para o formato X3D. Ele possui versões para Windows, Linux, Unix e outros ambientes, sendo utilizado nos campos educacionais, profissionais e ambientes comercias. O Blender será utilizado para modelagem das entidades básicas de formação do ambiente, preocupando-se com a simplificação geométrica dos componentes de forma a torná-los mais compactos e estruturados. Esta ferramenta possui um grupo de objetos básicos que o projetista pode usar como ponto inicial de sua modelagem para que juntamente com combinações, transformações geométricas, e outros recursos oferecidos pelo Blender, resultem no modelo esperado Java Web Start O Java Web Start (JWS) é uma solução completa de distribuição, atualização e gerenciamento de aplicações. Ele permite ativar aplicativos facilmente, oferece a garantia de execução da versão mais recente da aplicação eliminando procedimentos complexos de instalação ou atualização [Java Web Start, 2008]. A Figura 26 ilustra o funcionamento desta tecnologia. Figura 26. Esquema de funcionamento do JWS. Através de uma página Web, disponibilizada em um servidor, o usuário pode ativar o serviço JWS. Este, por sua vez, consulta o servidor para descobrir se os requisitos necessários à aplicação estão presentes na máquina cliente. Caso seja a

63 61 primeira execução, o JWS faz o download da aplicação e do JRE (se necessário), caso contrário identifica se há alterações no código fonte do servidor, atualizando quando ocorrer mudanças. Por fim, a aplicação é inicializada para o usuário. Para permitir que a aplicação Java seja executada usando Java Web Start, é necessário criar um arquivo Java Networking Language Protocol (JNLP) para a aplicação. O JNLP é um arquivo XML que fornece os elementos básicos e descrições da aplicação. Entre as funcionalidades interessantes do JNLP incluem [Lopes, 2004]: Empacotamento padrão para aplicações, incluindo informações sobre a aplicação, fornecedor, pagina web e ícone da aplicação; Suporte a recursos externos: bibliotecas Java, bibliotecas nativas e propriedades; Suporte para carregamento imediato, ou somente quando for necessário, tanto da aplicação como de bibliotecas externas, permitindo com que a aplicação seja carregada aos poucos, e somente as partes necessárias; Carregamento de bibliotecas e arquivos.jar específicos da plataforma, permitindo que só sejam carregadas as bibliotecas nativas referentes ao sistema operacional do usuário; Versionamento da aplicação e de bibliotecas: a aplicação pode ser atualizada para versões necessárias, evitando download de versões que já estejam presentes; Segurança: assinatura de aplicações, download seguro, ambiente controlado para execução de aplicações não assinadas Conclusão Este capítulo apresentou a proposta de uma estrutura para ser utilizada na criação de uma interface capaz de associar imagens, ambientes e ações de uma forma padronizada e independente de contexto. Como estudo de caso, propôs-se o desenvolvimento de um ambiente virtual com capacidade de agregação a atividades variadas, disposto no modelo de interface sugerido. Ainda neste capítulo foi possível descrever as ferramentas que são utilizadas ao longo do projeto.

64 62 Durante a análise, observou-se que a concepção e disponibilização do AV exigiriam alguns fatores para seu desenvolvimento: a modelagem do ambiente e integração dos serviços. Neste sentido, foram apresentadas as idéias gerais para cada uma destas etapas de desenvolvimento. Este projeto abre novas oportunidades de pesquisas que contribuirão para o aperfeiçoamento do trabalho, como: desenvolvimento de um sistema de controle de acesso, a fim de regular a utilização de determinados serviços por pessoas autorizadas; produção de atividades colaborativas, a fim de que os estudantes possam aperfeiçoar seus conhecimentos através de tarefas que exijam participação de outros estudantes; e construção de um sistema de distribuição consistente, a fim de que todos os clientes possam ter cópias fiéis mesmo após alterações realizadas por outros clientes.

65 4 Desenvolvimento 63

66 Introdução A proposta da utilização dos formatos de arquivo IndexCv3d e Cv3d para a padronização da conexão do modelo de interface a um ambiente virtual qualquer foi validada com a associação de um determinado ambiente à interface. A fim de legitimar os recursos oferecidos com esta associação foram realizados testes de conexões com ambientes 3D, 2D, ações e aplicações. Para isto, foi utilizado como estudo de caso o Campus da UFPB com conexões de serviços e informações que envolvam aspectos educacionais, administrativos (incluindo testes com acionamento de dispositivos reais) e sociais da instituição. Assim, o Campus Virtual para UFPB foi associado seguindo o modelo de estrutura proposta e utilizando o método de acesso externo para o carregamento da cena gráfica. A seguir serão apresentadas informações a respeito do modelo de interface e sua estrutura para associação de ambientes; construção dos modelos do Campus e sua adaptação a estrutura para conexão com a interface; integração de aplicações; e disponibilização na Web. Por se tratar de um estudo de caso não é necessária a produção de todas as edificações do Campus, apenas o suficiente para permitir a validação da estrutura proposta. Este capítulo será apresentado em três etapas: interface, modelagem e serviços. Assim, inicialmente será mostrada a produção da interface, sua estrutura e forma de integração com o ambiente. Em seguida será apresentado o processo de modelagem do ambiente e requisitos para adaptação à estrutura. Logo após, informações quanto à forma de integração dos serviços e a disponibilização na web serão esclarecidas Produção da interface Estruturalmente, o modelo da interface gráfica para ser usada por ambientes virtuais é dotado de duas regiões distintas: a superior é composta pelo navegador, onde o ambiente virtual será exibido, e a inferior apresenta componentes, variáveis ou não ao tipo de ambiente apresentado. Estes componentes consistem em: - Menu de navegação: surge automaticamente ao ser exibida uma imagem na região superior da interface. Este menu provê a navegação pela imagem evitando a aproximação e distanciamento exagerado. Os

67 65 valores limites para esta aproximação ou distanciamento são informados a interface por meio do formato de arquivo Indexcv3d. - Lista de sub-regiões: preenchida automaticamente ao ser exibida uma imagem, sendo seus dados fornecidos pelo formato de arquivo IndexCv3d. Esse componente lista as sub-regiões da imagem que provêem aprofundamento da navegação para outros ambientes ou acesso a algum serviço. - Imagem detalhada da região: surge automaticamente ao ser exibido um ambiente 3D na região superior da interface. Esta imagem é passada com parâmetro para a interface através do formato de arquivo Cv3d e destaca os pontos de referência (discutidos no final desta seção) existentes e dispersos no ambiente. - Lista de objetos com interações e rotas animadas: preenchida automaticamente ao ser exibido um ambiente 3D, sendo seus dados fornecidos pelo formato de arquivo Cv3d. Esse componente busca listar os objetos que possuem passeios pré-programados de forma que o visitante possa alcançá-los mesmo sem conhecer o ambiente virtual. - Botão de retorno: é ativado no momento que o usuário executa o primeiro aprofundamento no processo de navegação, oferecendo sempre a oportunidade de retorno ao seu ambiente pai, mesmo que este não possua ligação direta ao ambiente atual. - Barra de informação do ambiente: exibe sempre o nome do ambiente (geral ou sub-região) apresentado pela interface no dado momento. Esta informação pode ser obtida pelo formato de arquivo IndexCv3d, caso a interface esteja atualmente exibindo uma imagem, ou Cv3d, caso a interface esteja atualmente exibindo um ambiente 3D. Todos esses componentes funcionam em conjunto para disponibilizar ao usuário um modelo de interface que auxilie no processo de navegação do ambiente e acesso a objetos que dispõem se serviços. Esta interface é atualizada de acordo com os eventos provocados pelo usuário, podendo ser apresentada de duas formas, de acordo com a Figura 27. A primeira forma apresenta o sub-modelo de interface para exibição das imagens, já a segunda forma apresenta o sub-modelo de interface

68 66 para exibição de ambientes 3D. a) b) Figura 27. Sub-modelos da interface. a) sub-modelo para exibição da imagem. b) submodelo para exibição do ambiente 3D.

69 67 A interface gráfica foi implementada utilizando a linguagem Java, pois além de ser uma linguagem portável, possui ligação com o padrão X3D através de um protocolo de comunicação denominado SAI (Scene Access Interface), permitindo a troca de informações. Este trabalho utiliza o método de acesso externo para interação com o grafo de cena X3D (ver seção 3.4.3), onde a linguagem Java é a responsável pelo carregamento do ambiente. Para isto é necessário a importação de um pacote especial, o org.web3d.x3d.sai, utilizado na execução da SAI. Como indicado na seção 3.2.1, a princípio é mostrado ao usuário uma imagem aplicada à cena X3D. Os dados que serão exibidos inicialmente são obtidos a partir do arquivo de formato IndexCv3d passado como parâmetro para a interface (ver seção para detalhes de cada dado). Assim, a interface reconhece o formato, captura seus dados e, por fim, é atualizada. Este primeiro arquivo consiste na raiz do grafo de aprofundamento da navegação e está ligado direta ou indiretamente a qualquer sub-ambiente, conforme pode ser observado através da Figura 28. Na figura, cada um dos arquivos representam um sub-ambiente que podem ser uma imagem (IndexCv3d) ou um ambiente 3D (Cv3d). Figura 28. Modelo do grafo de aprofundamento no ambiente que possui como raiz um arquivo de formato IndexCv3d. A apresentação inicial do ambiente virtual é realizada a partir de etapas, como: criação do componente que exerce o papel de navegador X3D, adição de uma janela 3D à aplicação Java e carregamento da cena gráfica de acordo com os dados corrente. A partir deste ponto, torna-se possível o envio e recebimento de

70 68 eventos para manipulação do ambiente. A Figura 29 mostra o fluxo de dados no processo de exibição inicial da interface, onde são capturados e processados os dados do primeiro arquivo com estrutura IndexCv3d. Figura 29. Fluxo de dados na etapa inicial da exibição da interface. Ao escolher um item da lista, a respectiva sub-região é destacada na imagem, tornado a conexão perceptiva ao usuário. A imagem de contorno utilizada para o destaque é obtida através do dado imagemcontorno associado a sub-região a partir do arquivo de formato IndexCv3d do ambiente atualmente apresentado. O arquivo com formato IndexCv3d utilizado como fonte para a associação da imagem do campus da UFPB e das sub-regiões na lista é apresentada na Figura 30. Figura 30. Arquivo indexcv3d utilizado para associação da imagem da UFPB para o ambiente virtual e sua interface. Quando uma sub-região é escolhida para exploração, ela pode conduzir: - ao aprofundamento da navegação; - à ativação direta de algum serviço. Caso leve ao aprofundamento da navegação, seja para um cenário tridimensional ou para uma nova imagem no ambiente, a interface do sistema é atualizada para receber os dados de acordo com a cena gráfica exibida. Esses dados podem ser provenientes da estrutura Cv3d, caso a nova cena gráfica seja um ambiente 3D; ou, podem ser provenientes da estrutura IndexCv3d, caso a parte

71 69 gráfica esteja relacionada a exibição de uma nova imagem. A Figura 31 apresenta o fluxo de dados para este processo. Figura 31. Fluxo de dados para atualização da interface durante o processo de aprofundamento da navegação. No caso da sub-região conduzir a ativação de algum serviço, seja página web ou uma aplicação, a interface se mantém e a requisição é disparada pelo sistema. A Figura 32 representa o fluxo de dados para o processo de requisição do serviço. Figura 32. Fluxo de dados para ativação de serviços. Quando a interface é habilitada para apresentar ao visitante um ambiente 3D,

72 70 esta passa a exibir: - o ambiente 3D na janela gráfica; - uma imagem do ambiente 3D visualizado; - lista de objetos que possuem interação e caminhos pré-armazenados para animação. A imagem do ambiente 3D aparece no lugar do menu de navegação, de forma que o usuário possa, além de passear pelo AV 3D no navegador, também ter sempre a disposição uma visão geral deste ambiente com a possível localização dos pontos de referência dispersos (discutido mais adiante). Já a lista de objetos ocupa o lugar da lista de sub-regiões. Através desta lista, a interface disponibiliza ao usuário a possibilidade de um passeio que o conduz à localização do objeto dentro do ambiente virtual. Os dados para esta atualização são fornecidos pelo arquivo de formato Cv3d do ambiente (descritos na seção 3.2.1). Para produzir o passeio determinadas questões foram avaliadas: 1) inserção de pontos de origem para animação (pontos de referência): Esta primeira questão surgiu da inviabilidade de se construir automaticamente os caminhos partindo da posição atual do observador. Esta característica geraria a necessidade de construção de um complexo sistema que fosse capaz de: capturar os dados de posição e tamanho de todos os objetos existentes entre a origem (posição atual do observador) e o destino da animação; e criar uma rota com desvios em tempo real para todos estes objetos. Devido ao fato de um sistema dessa natureza não ser o objetivo, ao menos atual, do trabalho, a solução utilizada para a aplicação do passeio no ambiente foi a inclusão de pontos de origem fixos que marcam o início da animação (denominadas pontos de referência). 2) armazenamento dos dados de interpolação: esta segunda questão tem relação com a primeira e diz respeito a necessidade de armazenamento dos dados de posição e orientação. Estes dados são necessários para a construção da animação, uma vez que não se pretende gerá-los em tempo real nesta primeira versão da interface. Como decisão de projeto, ficou convencionado que estes dados seriam previamente armazenados no arquivo X3D (denominado arquivoobjeto ) listados no formato de

73 71 arquivo Cv3d. 3) distância máxima entre observador e ponto de referência para ativação da animação: a interface provê um valor default para a distância máxima entre observador e ponto de referência como condição para que a animação possa ser iniciada no momento da requisição. No entanto, foi analisada a conveniência deste valor ser adaptado a cada ambiente e, para isso, basta o modelador passar esse dado através da inclusão de um metadado ao ponto de referência (mais detalhes na seção 4.3.3). Dessa forma, quando o observador seleciona, na interface, um determinado objeto da lista e, em seguida, confirma esta seleção, o sistema verifica se ele se encontra próximo a algum ponto de referência do ambiente. Caso exista ponto de referência no ambiente e o observador se encontre próximo a algum deles, a rota de animação associada a este respectivo ponto de referência é ativada, e o observador é conduzido até a localização do objeto. Caso o observador se encontre fora do raio de abrangência dos pontos de referência, o sistema informa a necessidade de aproximação a algum deles. A distribuição destes pontos fica visível ao usuário através de marcadores dispostos na imagem apresentada pela interface. O fluxo geral deste processo é apresentado na Figura 33. Figura 33. Fluxo para requisição de ativação da animação para passeio. A interface dispõe da capacidade de armazenamento do caminho percorrido no aprofundamento da navegação realizado pelo usuário. Com este fato, é possível oferecer outra facilidade ao usuário: a possibilidade de retorno aos ambientes

74 72 virtuais anteriores. Esta característica fica disponível através de um botão localizado à direita na interface, podendo ser observado na Figura 34. Figura 34. Botão de retorno ao ambiente anteriormente percorrido Modelagem e construção do grafo de cena para o estudo de caso e requisitos para sua integração com a estrutura O projeto do Campus Virtual possui um trabalho predecessor, a Maquete Interativa para Apoio ao Ensino à Distância, desenvolvido como trabalho de graduação do curso de Ciência da Computação por Costa (2006). Este trabalho propunha o desenvolvimento de um modelo virtual de algumas estruturas do Centro de Ciências Exatas e da Natureza (CCEN) com integração de links a páginas web e outros ambientes. Dessa forma, o Campus Virtual da UFPB aproveitou o modelo tridimensional do departamento de estatística, matemática, física, algumas salas de aula, embora estes modelos tenham sido construídos em VRML. O desenvolvimento tem por base a utilização de X3D para construção do ambiente gráfico, a fim de padronizar os modelos e possibilitar a utilização das vantagens oferecidas pelo X3D, conforme apresentado no capítulo 3. Dessa forma, foi realizada a conversão automática dos modelos do Campus em VRML para X3D por meio de um tradutor (disponível em: Este tradutor gera os arquivos X3D no perfil completo (Full de acordo com a seção 3.4.2), embora este fato não seja necessário porque o ambiente não utiliza os recursos disponíveis para um perfil completo. Por isso, e pela necessidade de alterar a extensão.wrl para.x3d de cada objeto incluído à cena por meio do nó Inline, foi desenvolvido uma aplicação simples para automatizar esta mudança no código da cena, utilizando apenas o perfil Immersive, a fim de reduzir o tempo de conversão e

75 73 excluir eventuais erros causados pela execução de tarefas repetitivas. O processo de construção das estruturas do CCEN serviu de base para os demais modelos construídos para o Campus. Inicialmente, os objetos básicos como paredes, janelas, portas, teto, piso, entre outras, foram modeladas geometricamente no Blender e exportados para o formato da linguagem de modelagem (Figura 35). Neste processo procurou evitar a excessiva quantidade de polígonos, pois quanto maior o número de polígonos do objeto, maior o seu custo de processamento gráfico, podendo afetar o desempenho final do AV 3D. A fim de promover um modelo mais realista buscou-se, sempre que possível, compensar a perda da qualidade geométrica com aplicações de texturas, características materiais, billboard e iluminação. O billboard é um recurso oferecido pelas linguagens VRML e X3D que automaticamente rotaciona o sistema de coordenadas do objeto associado, de forma que o observador sempre o visualize frontalmente. Através da Figura 36 pode-se verificar um exemplo de aplicação do billboard sob a textura de uma planta. Figura 35. Modelagem geométrica das entidades básicas e sua transformação para o formato da linguagem de modelagem [Costa, 2006a]. Figura 36. Aplicação da textura de uma árvore utilizando billboard vista sob três pontos de observação distintos.

76 74 Após a criação dos objetos básicos, o grafo de cena começa a ser construído de forma hierárquica, partindo do mais simples até o modelo final. Para a formação desses cenários 3D são utilizados conceitos de Computação Gráfica como, translação, rotação e escalonamento de objetos em uma cena gráfica (Figura 37). Também são analisadas e definidas questões a respeito da iluminação, pontos de vista e estilos de navegação para a caracterização do ambiente. Figura 37. Processo de formação do ambiente [Costa, 2006a]. Os objetos filhos são adicionados aos objetos de nível superior através do nó Inline existente na linguagem de modelagem. Como pode ser observado na Figura 38, ao adicionar o objeto é necessário localizá-lo e adequá-lo ao ambiente. Dessa forma, no trecho de código exemplificado, um mesmo objeto (DEF= ParedeLateral ) é utilizado várias vezes (USE= ParedeLateral ) na a construção de um objeto em nível superior. Figura 38. Trecho de código X3D que apresenta a inclusão de objetos filhos. Seguindo este mesmo processo de formação, as edificações do Campus

77 75 Virtual tratadas neste trabalho foram (Figura 39): alto CCEN; biblioteca central; portaria principal; central de aulas. A construção de modelos tridimensionais de edificações consiste em uma tarefa trabalhosa e detalhada. Isto requer do modelador tempo e a habilidade em formar um ambiente que ao mesmo tempo seja realista e que não demande custos exagerados de armazenamento e tempo de carga. Figura 39. Ambientes 3D disponibilizados pelo Campus Virtual da UFPB. Uma característica importante na construção do Campus Virtual de forma a adequá-lo a estrutura utilizada pela interface (e assim, possibilitar a utilização das vantagens que esta oferece no processo de navegação no ambiente) é o desacoplamento dos objetos que possuem interação e caminhos pré-armazenados, em arquivos independentes da cena principal. Estes arquivos X3D são compostos basicamente por duas partes: (1) uma responsável pela inclusão do objeto e sua

78 76 interação; (2) e outra responsável pela animação que conduz o observador ao objeto. Na Figura 40 é apresentado um modelo de código que exemplifica estes arquivos X3D. Nela pode-se observar a presença destas duas partes que serão detalhadas nas seções e 4.3.2, respectivamente. Figura 40. Modelo de arquivo X3D do objeto que possui interação e animação de caminho Adição do objeto de acordo com o tipo de serviço A primeira parte do arquivo x3d que contém o objeto pode possuir duas formas de organização: uma para o aprofundamento da navegação conduzindo a uma nova cena ou para o acionamento da aplicação. No caso do acionamento, ele ainda pode sofrer variações quando for para algo virtual (aplicações, serviços e páginas web) ou para algo real (requisição a dispositivos reais). Este grafo de possibilidades é mostrado através da Figura 41(a). Na Figura 41(b) são apresentadas as formas de estruturação da primeira parte do arquivo x3d que

79 77 contém o objeto. a) b) Figura 41. a) Grafo de possibilidades da estruturação da primeira parte. b) formas de estruturação da primeira parte do arquivo x3d que contém o objeto (1- estruturação referente ao aprofundamento, 2- estruturação referente ao acionamento de serviço virtual, 3- estruturação referente ao acionamento de dispositivo real). 1) Aprofundamento: contém um nó de agrupamento que adiciona o objeto por meio do nó Inline. 2) Acionamento 2.1) Virtual: contém um nó sensor agrupado com o objeto; contém um nó Script que possui em seu campo url o bytecode Java da classe responsável pelo acionamento da aplicação; e contém uma rota que comunica ao nó Script o acionamento do objeto virtual a fim de disparar a aplicação, serviço ou página web. 2.2) Real: contém a mesma organização do acionamento virtual adicionado de um nó MetadataString (incluso no nó sensor), denominado sempre por metadata. Este nó contém em seu campo name o nome do objeto alvo virtual que refletirá a ação do dispositivo real; e, em seu campo value, o nome da chave de armazenamento deste metadado no HashMap, onde a informação é guardada para posteriormente ser enviada ao servidor. Além do MetadataString,

80 78 também se faz necessário que um novo campo field seja incluso no nó Script. Este campo deverá ter como valor o mesmo nome da chave de armazenamento do metadado, a fim de que a classe da interface denominada ConfigurarChamadaAoServidor (associada ao campo url do nó Script) possa obter do HashMap o objeto que realizou a requisição de mudança e repassar esta informação ao sistema de comunicação com o dispositivo real. Na Figura 42 os esquemas descritos podem ser visualizados, onde (1), (2.1) e (2.2) representam respectivamente a organização para prover o aprofundamento, acionamento virtual e acionamento real. Figura 42. Modelos de adição de objetos em arquivo independente de acordo com o tipo de serviço.

81 79 Na construção deste trecho de código, deve-se ter cuidado com a utilização do DEF no arquivo. Este fato acontece, pois a inclusão do objeto no nó raiz da cena principal através da SAI não ocorre de maneira agrupada, isto é, a sub-cena do objeto não é inteiramente adicionada à cena principal, mas sim os nós nomeados (com uso do DEF) são incorporados um por um no nó raiz. Os nós do arquivo X3D do objeto são capturados com o auxílio de um método da SAI que exige nomeação dos nós (getnamednode()). O problema que pode acontecer devido a este fato é a duplicação de nós na cena. Por exemplo, dada a sub-cena na Figura 43, observa-se que os nós No3 e No4 vão ser duplicados, pois além destes nós estarem nomeados, o nó que os agrupa também se encontra nomeado. Para evitar este problema poderia ser retirado o DEF dos nós internos. <No1 DEF="1"> <No2/> <No3 DEF="3"/> <No4 DEF="4"/> </No1> <No5 DEF="5"/> Figura 43. Exemplo de sub-cena com uso de DEF Adição da animação de passeio A segunda parte do arquivo x3d que contém o objeto consiste nos nós necessários para o provimento da animação que conduz o observador ao objeto. Esta parte contém: - um nó TimeSensor, que será ativado através do sistema da interface proposta. - zero ou mais nós PositionInterpolator, denominados positioninterpolator1, positioninterpolator2 e assim por diante. Este nó é o responsável pela interpolação da posição durante a animação, em conjunto com as rotas de ativação; - zero ou mais nós OrientationInterpolator, denominados orientationinterpolator1, orientationinterpolator2 e assim por diante. Este nó é o responsável pela interpolação da orientação durante a animação, em conjunto com as rotas de ativação.

82 Requisitos na cena principal do ambiente Outras adequações que o arquivo do ambiente virtual deve sofrer (agora relacionada à sua cena principal e não mais aos objetos com integração de serviço e animação), refere-se ao fato da cena principal necessitar de: um nó ProximitySensor, denominado sempre de proximitysensor com dimensão capaz de englobar todo o ambiente; e, zero ou mais nós de agrupamento com objetos de referência nomeados como referencia1, referencia2 e assim por diante. O ProximitySensor é utilizado como artifício para que o sistema proposto possa ter acesso a posição corrente do observador na cena, uma vez que essa é a única forma, atualmente disponível no X3D, para se ter acesso a este tipo de informação no ambiente através da SAI. Já os nós de agrupamento com as referências, também chamados pontos de referência, são utilizados como locais de origem do processo de animação. Estes nós podem conter um objeto metadado denominado metadata que contém em seu campo value o respectivo valor para o raio de abrangência desta referência, sendo de uso opcional. A Figura 44 mostra o modelo de código X3D a ser incluso no arquivo principal da cena principal. Figura 44. Modelo de código para adição de pontos de referência ao arquivo da cena principal. Estes pontos de referência são associados, através do sistema da interface, aos nós PositionInterpolator e OrientationInterpolator presentes nos arquivos dos objetos com rota de animação. Sua relação consiste no seguinte fato, cada ponto de referencia é o ponto de origem de um determinado nó PositionInterpolator e/ou OrientationInterpolator. Por exemplo, o ponto de referência denominado referencia1 é a origem do caminho da animação descrita pelos nós denominados positioninterpolator1 e/ou orientationinterpolator1, e assim sucessivamente.

83 Integração e acesso a serviços Os serviços do campus são integrados a objetos no ambiente que, quando estimulados através da interação com o usuário, enviam eventos para ativar o serviço. A fim de que serviços não suportados diretamente por X3D sejam executados, utiliza-se o nó Script em conjunto com uma classe Java que implementa as interfaces X3DScriptImplementation e X3DFieldEventListener da API Scene AccessInterface (SAI). O processo se inicia antes mesmo da ativação do objeto pelo usuário. Assim que o nó Script é carregado na cena, a classe Java associada a este nó por meio do campo url é inicializada e pode se preparar para escutar o evento quando o objeto for ativado. Dessa forma, assim que o usuário ativa um objeto que oferece serviço, um evento é enviado ao nó Script e repassado automaticamente a classe Java. Com a ocorrência do evento o método readablefieldchanged() é executado. Neste método é adicionado o código necessário a chamada da aplicação desejada. O código base que pode servir de modelo de classe Java associada ao nó Script é apresentado na Figura 45. Atualmente o Campus Virtual possui associado: a chamada à aplicação da Calculadora Estatística (ver seção 1.6), através da porta da sala de monitoria no AV do departamento de estatística no CCEN; a página Web do LabTEVE, através da porta deste laboratório no AV do CCEN; a Consulta ao Acervo, através da porta da biblioteca no AV da Biblioteca Central; o acionamento de um dispositivo real que representa uma lâmpada, através de um interruptor de luz no AV da Portaria; e a página Web da Reitoria, através da seleção da Reitoria na imagem geral do Campus. A incorporação destes serviços já exemplifica a cobertura a serviços sociais, administrativos e acadêmicos pelo Campus Virtual, assim como proposto inicialmente.

84 82 Figura 45. Código base que apresenta uma classe Java associada ao nó Script. A integração do sistema da interface, proposto neste trabalho, com o sistema para comunicação com o dispositivo real (trabalho correlato desenvolvido no LabTEVE) é realizada por meio da classe Java ConfigurarChamadaAoServidor que foi desenvolvida neste projeto. Esta classe deve ser passada como parâmetro do campo url do nó Script para todo objeto que ativar algum dispositivo real (ver seção 4.3.1). De modo geral, quando a classe recebe o evento, captura o dado contido no nó metadado do sensor do objeto que originou o evento. Este dado deve informar qual é objeto virtual da cena que vai refletir a ação do dispositivo real. Em seguida, esta informação, juntamente com o pedido de mudança de estado do objeto virtual, é enviada ao sistema de comunicação que recebe as informações e repassa para o dispositivo real. Caso não haja problemas na mudança de estado do equipamento

85 83 real, o sistema de comunicação avisa a classe ConfigurarChamadaAoServidor para, enfim, atualizar o estado do objeto virtual de acordo com o pedido realizado Disponibilização na Web A disponibilização web é possível através da tecnologia Java Web Start (JWS). De forma sucinta, é possível carregar a aplicação através de um arquivo de configuração JNLP (Java Network Launching Protocol) e carregá-lo com o JWS que faz o trabalho de verificar a versão da aplicação, atualizar (se necessário) e executar a aplicação. O arquivo JNLP contém, além da aplicação, as bibliotecas necessárias para a execução do Xj3D e fica disponível através de link em uma página web. Quando acessado, a interface é carregada na máquina do cliente que pode, assim, apresentar o ambiente virtual para a navegação. Através da Figura 46 é apresentado a estrutura do funcionamento do sistema com a inclusão do serviço com acesso a dispositivos reais. Nela é possível observar que a interface (disponível na internet através da utilização de Java Web Start) é executada no cliente, tornando disponível a navegação e interação com o ambiente. Quando o cliente faz a requisição a uma aplicação, a interface através do protocolo de manipulação do grafo de cena (SAI- Scene Access Interface) executa a ativação. Caso a requisição esteja relacionada a ativação de um dispositivo real, um evento é enviado ao subsistema para controle do dispositivo que o ativa e envia sua atualização a interface. Figura 46. Estrutura do funcionamento do sistema com a inclusão do serviço com acesso a dispositivos reais.