Modelagem de Ambientes Virtuais com o Unreal Engine 2 para Utilização na Virtualização de Acervos de Museus

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1 Modelagem de Ambientes Virtuais com o Unreal Engine 2 para Utilização na Virtualização de Acervos de Museus Cristina Haguenauer 1 Gerson Gomes Cunha 2 Marcos Coutinho Monnerat 1 Leonardo Pastorino 1 1 Laboratório de Pesquisas em Tecnologias da Informação e da Comunicação Escola de Comunicação - Universidade Federal do Rio de Janeiro - latec@ufrj.br 2 Grupo de Realidade Virtual Aplicada do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia GRVa/LAMCE/COPPE - Universidade Federal do Rio de Janeiro - grva@lamce.coppe.ufrj.br Resumo Este artigo apresenta e discute o processo de criação de Ambientes Virtuais interativos, imersivos com base em conceitos e técnicas de Realidade Virtual, com auxílio da ferramenta de criação de jogos 3D Unreal Engine 2. Esta pesquisa faz parte do Projeto Museu Virtual, desenvolvido pelo Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação LATEC/UFRJ, em parceria com o Grupo de Realidade Virtual aplicada GRVA, do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia, LAMCE, da COPPE/UFRJ. Palavras Chave: Motor de Game, Realidade Virtual, Ambientes Virtuais. Abstract This article presents and discusses the process of creating virtual environments using the game engine Unreal Engine 2, for use in learning environments. This research is part of the Virtual Museum Project, developed by the research Laboratory on Communication and Information Technologies LATEC/UFRJ, in Partnership with 25

2 the Applied Virtual reality Group GRVa, from the Laboratory of Computational Methods in Engineering, LAMCE, from the Federal University of Rio de Janeiro. Key Words: Game Engine, Virtual Reality, Virtual Environments. Introdução Este artigo apresenta e discute o processo de desenvolvimento de ambientes virtuais interativos imersivos em 3 dimensões, a partir de conceitos e técnicas de Realidade Virtual e da ferramenta de criação de jogos 3D (game engine). Esta pesquisa faz parte de um projeto mais amplo denominado Projeto Museu Virtual ( que vem sendo desenvolvido na Universidade Federal do Rio e Janeiro, com o objetivo de desenvolver tecnologias e metodologias para promover a aprendizagem a partir do acervo de museus, com utilização de recursos e técnicas da Realidade Virtual. Fruto da parceria entre diversos grupos de pesquisa, o Projeto Museu Virtual envolve áreas como Engenharia, Comunicação, Educação, Museologia e Linguística Aplicada. (HAGUENAUER et al, 2008). Um dos subprojetos do Projeto Museu Virtual envolveu a construção de uma exposição virtual interativa sobre o acervo do setor de Paleovertebrados do Museu Nacional, disponível em (MONNERAT et al, 2008). Um dos objetivos dos museus na atualidade é o de promover a aproximação e a compreensão pública da ciência e da tecnologia mediante atividades e experiências educativas informais apoiadas em enfoques interativos, experimentais e lúdicos (SABBATINI, 2003). Os museus representam uma inestimável oportunidade de inclusão cultural e social, principalmente, para as comunidades que possuem dificuldade de acesso aos bens culturais e científicos (MARINS et al, 2008). 26

3 O uso de tecnologias digitais em museus deve estabelecer vinculações entre os objetos e o conhecimento, oferecendo aos visitantes oportunidades de aprendizagem relativa a esses objetos em seu contexto original vinculado com questões atuais e tópicos de interesse do visitante. As novas tecnologias digitais permitem estabelecer um diálogo interativo, que implica numa mudança de paradigma na relação do visitante com o acervo (MARINS et al, 2008). O uso de Realidade Virtual em Museus permite realizar simulações e interações com os objetos das coleções dos museus, experimentos e outras atividades que, de outra forma seriam impraticáveis, por questões de tempo, localização, segurança ou custo (MARINS et al, 2008). O uso de Realidade Virtual no formato de games em atividades educativas tem sido defendida por pesquisadores como Gee (2004) e Clark (2006). O primeiro afirma que, embora os games sejam bastante complexos, principalmente para iniciantes, seus jogadores aprendem sem auxílio de professores e ainda pagam por isso; o segundo, explica que isso se dá, porque os designers de bons games descobriram métodos de incentivar as pessoas a aprender e a gostar de aprender Sem professor, sem orientação, apenas aprendizagem pura. Unreal Engine 2 O Unreal Engine 2 é uma ferramenta de criação de jogos (game engine), desenvolvida pela empresa Epic Games ( Utilizado pela primeira vez no jogo Unreal, de 1998; o Unreal Engine tem sido a base de muitos outros jogos, incluindo Unreal Tournament, Mass Effect, Tom Clancy's Rainbow Six, Red Steel, Gears of War e BioShock ( As aplicações do Unreal Engine 2, no entanto, não se limitam à criação de jogos, pois o Unreal possui recursos poderosos para o desenvolvimento de cenários tridimensionais, como os utilizados em simulações e aplicações de Realidade Virtual. 27

4 Uma das principais vantagens do uso do Unreal Engine 2 para a criação de ambientes virtuais é o fato de ser gratuito para fins não comerciais, permitindo sua aplicação em pesquisas acadêmicas. Ambiente Virtual A figura 1 mostra telas do Ambiente Virtual criado com o Unreal Engine 2. (a) (b) 28

5 (c) Figura 1: Telas do cenário virtual criado com o Unreal Engine 2. Complementação das Informações Visuais Para a criação dos elementos do Ambiente Virtual foi realizado um extenso levantamento fotográfico, seguido de modelagem computacional, de forma a se criar elementos virtuais mais próximos dos objetos reais. Para a geração das texturas dos objetos e superfícies, foi utilizado o software de edição de imagens Adobe Photoshop. Com ele, foram geradas as imagens de portas, janelas, pisos e paredes através de fotografias (figura 2) (MONNERAT et al 2008). Figura 2: Fotos usadas como base para a criação dos cenários e as imagens geradas (MONNERAT et al 2008). 29

6 Reconstrução Digital Nos cenários virtuais criados com o Unreal Engine 2, foram inseridos objetos digitais, obtidos com a técnica de Reconstrução Digital 3D. Para isso foi utilizado o software 3D SOM (3D Software Object Modeller), desenvolvido pela Creative Dimension Software Ltd (PASTORINO, 2008). O 3DSOM Pro é um software que possibilita a Reconstrução Digital de objetos em 3D, com a utilização de uma câmera fotográfica comum, obtendo-se um resultado final semelhante ao obtido por um scanner 3D utilizando-se como base apenas fotografias retiradas do objeto. O programa 3D SOM utiliza a técnica de recorte das silhuetas dos objetos para efetuar a reconstrução de objetos 3D a partir de fotografias. O programa utiliza um conjunto de marcadores que permitem calcular o posicionamento da câmera em relação ao objeto (figura 3) (LOHMANN et al 2008). Figura 3: Referência de Pontos com objeto no centro (LOHMANN et al 2008). Dentre as ferramentas de reconstrução digital 3D existentes, o 3DSOM Pro pode ser destacado por sua relativa facilidade na utilização, e como tal possui algumas restrições em suas funções e nos resultados obtidos. Dessa forma, vem sendo bastante utilizado em casos onde o objetivo é uma reprodução de baixo custo, com fidelidade da aparência externa do objeto modelado, sem maiores preocupações 30

7 com as proporções e medidas do objeto (LOHMANN et al 2008). Com a referência de pontos impressa, coloca-se o objeto a ser fotografado no centro, e monta-se um fundo de cor uniforme e que ofereça bastante contraste com a cor do objeto. Após o posicionamento do objeto em relação ao marcador, é a vez de iluminar objeto, de forma a eliminar ao máximo as sombras. Nessa etapa deve se utilizar fontes de luz direcionadas, ou mesmo a luz natural, cada caso deve ser estudado de modo a obter o melhor resultado. Após o objeto estar preparado e pronto para ser fotografada, a câmera deve ser posicionada em um tripé, de forma a enquadrar toda a referência de pontos e o objeto. Concluída a etapa de fotografias, as mesmas devem ser transferidas da máquina fotográfica para o computador onde está instalado o software 3DSOM Pro. A partir daí, abre-se um novo projeto no 3DSOM e as fotos são importadas e automaticamente reconhecidas pelo programa. A partir de uma análise individual de cada foto, o 3DSOM Pro consegue calcular exatamente a posição e a inclinação da câmera no momento da foto, em função da referência de pontos presente em cada imagem. Além disso, o programa possui o recurso de máscara automática, que recorta tudo que está no fundo e que não interessa para a reconstrução digital, deixando em destaque somente o objeto fotografado. Após concluído o processo de tratamento das imagens, o programa gera a superfície do objeto 3D, formada por uma malha de triângulos que pode ser configurada, com o intuito de obter modelos com mais ou menos detalhes. Após a etapa de geração da malha, o programa gera a textura do objeto, que será aplicada sobre a superfície ou malha de triângulos. A textura também oferece uma série de opções de configuração para maior ou menor nível de detalhes, o que mais uma vez deve ser feito de acordo com o objetivo de uso do modelo. É possível inclusive gerar mais de uma textura, de forma que diferentes ângulos de visão do modelo 3D possam utilizar a textura que melhor representa o objeto naquela situação. Quanto mais detalhes, e quanto mais texturas geradas, maior e mais pesado o arquivo gerado (LOHMANN et al 2008). Composição Final 31

8 A figura 4 mostra o resultado final obtido a partir da composição dos objetos reconstruídos digitalmente e o Ambiente Virtual modelado no Unreal Engine 2. (a) (b) Figura 4: Resultado final obtido a partir da composição dos objetos reconstruídos digitalmente e o Ambiente Virtual modelado no Unreal Engine 2. Considerações Finais 32

9 Com relação às ferramentas utilizadas, pode-se concluir que: a) o Unreal Engine 2 apresenta um grande potencial para o desenvolvimento de Ambientes Virtuais interativos capazes de proporcionar elevado grau de interação e uma maior sensação de imersão para o visitante; b) o aprendizado de uso da ferramenta mostrou-se acessível a web designers e programadores com conhecimentos básicos das ferramentas utilizadas, sem exigir um nível de conhecimento avançado da equipe. A capacidade computacional exigida para a aplicação da ferramenta, assim os softwares complementares para criação dos elementos gráficos e o domínio desses softwares são condições que influem no grau de complexidade do projeto, mas que se mostraram compatíveis com a natureza do projeto. Além das questões que envolvem programação e domínio de ferramentas computacionais, o projeto do Ambiente Virtual propriamente dito, envolve um grau de complexidade elevado, que não deve ser desprezado. Além das questões discutidas neste artigo, a criação do Ambiente Virtual compreende ainda: a) elaboração de roteiro de leitura/navegação; b) produção de conteúdos adicionais (em forma de texto, fotografia, vídeo, som, animação etc.); c) tratamento de texto; d) adaptação da linguagem para o público alvo; e) projeto gráfico; c) projeto de navegação; d) projeto de interação. O resultado obtido apresenta um amplo potencial de utilização por diferentes públicos, exigindo, em alguns casos, adaptações simples e de baixo custo, considerando-se o custo global do projeto. Merece destaque o potencial de aplicação do produto final junto a escolas e universidades. Referências CLARK, Donald Motivation in e-learning. Epic, Disponível em: Acesso em 26 de maio de Games and e-learning. Epic, Disponível em: Acesso em 26 de maio de Simulations and e-learning. Epic, Disponível em: 33

10 Acesso em 26 de maio de HAGUENAUER, Cristina; CORDEIRO FILHO, Francisco; CUNHA, Gerson; MONNERAT, Marcos, PASTORINO, Leonardo; LOHMANN, Augusto. Projeto Museu Virtual: Criação de Ambientes Virtuais com Recursos e Técnicas de Realidade Virtual. Revista Realidade Virtual, Volume 1- n o 2- Julho/Dezembro de Disponível em LEPOURAS, G., KATIFORI, A., VASSILAKIS, C., CHARITOS, D., 2004, REAL EXHIBITIONS IN A VIRTUAL MUSEUM, VIRTUAL REALITY, N. 7, PP , ABR LEPOURAS, G., VASSILAKIS, C., 2005, VIRTUAL MUSEUMS FOR ALL: EMPLOYING GAME TECHNOLOGY FOR EDUTAINMENT, VIRTUAL REALITY, N. 8, PP , JUN LOHMANN, Augusto, HAGUENAUER, Cristina, PASTORINO Leonardo. Reconstrução Digital a partir de Fotografias, Utilizando o Software 3DSOM Pro. Revista Realidade Virtual, Volume 1- no 3- setembro/dezembro Disponível em MARINS, Vânia; HAGUENAUER, Cristina; CUNHA, Gerson; CORDEIRO FILHO, Francisco. Aprendizagem em Museus com Uso de Tecnologias Digitais e Realidade Virtual. Revista Realidade Virtual, Volume 1- n o 1- Janeiro/Junho de 2008 MONERAT, M.C., P, ROMANO, P. S. R., GRILLO, O. N., HAGUENAUER, AZEVEDO, S.A. K. e CUNHA, G.G. Exposição Virtual de Vertebrados Fósseis do Museu Nacional da UFRJ. In: Anais: Oitavo Congresso Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento em Design, São Paulo, outubro PASTORINO Leonardo, HAGUENAUER, Cristina, LOHMANN, Augusto. Uso de VRML na Modelagem de Ambientes Virtuais. Revista Realidade Virtual, Volume 2- n o 1- Janeiro/Junho de Disponível em PASTORINO, Leonardo; HAGUENAUER, Cristina. Reconstrução Digital de Modelos Tridimensionais com Utilização do Software 3D Som. Revista Realidade Virtual. Volume 1- n o 1- Janeiro/Junho de Disponível em 34

11 SABBATINI, Marcelo. Museus e centros de ciência virtuais: uma nova fronteira para a cultura científica Obtido da internet em 12/2007. ZYDA, M. From Visual Simulation to Virtual Reality to Games. IEEE Computer, nº 9, p , set Sobre os Autores Cristina Jasbinschek Haguenauer Graduada em Engenharia Civil pela UERJ (1985), Mestre em Engenharia pela PUC-RJ (1988) e Doutora em Ciências de Engenharia UFRJ (1997). Atualmente é professora Associada da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Atua em ensino, pesquisa e consultoria na área de Tecnologias da Informação e da Comunicação, com foco em Educação a Distância, Capacitação Profissional, Formação Continuada, Produção de Hipermídia, Jogos Educativos, Ambientes Virtuais de Aprendizagem, Portais de Informação e Realidade Virtual. Gerson Gomes Cunha Doutor em Engenharia Civil pela COPPE/UFRJ (2004), Mestre em Engenharia Civil pelo Programa de Engenharia Civil da COPPE/UFRJ (1991), Graduado em Engenharia Civil pela UFRGS (1985). Atualmente é Engenheiro/Pesquisador da Universidade Federal do Rio de Janeiro, Sócio Gerente da Simset Tecnologia de Simulação Ltda., Pesquisador da Fundação COPPETEC. Coordenador do Grupo de Realidade Virtual aplicada do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia (LAMCE/COPPE/UFRJ). Tem experiência na área de Ciência da Computação, atuando principalmente nos seguintes temas: Realidade Virtual, Computação Gráfica, Plataformas Flutuantes, Exploração de Petróleo. Marcos Coutinho Monnerat Araujo Mestrando em Sistemas Computacionais na Coppe/UFRJ, possui graduação em Desenho Industrial pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (2003). Tem experiência na área de Desenho Industrial, com ênfase em Comunicação Visual, Webdesign, Educação a Distância e Realidade Virtual, atuando principalmente nos seguintes temas: realidade virtual, reconstrução 3D, design e educação à distância. 35

12 Leonardo de Santa Marinha Pastorino de Almeida Possui graduação em Tecnólogo em Processamento de Dados pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (1997). Atualmente faz parte da equipe de pesquisadores do Projeto Museu Virtual, que está sendo desenvolvido pelo Grupo de Realidade Virtual Aplicada do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia (LAMCE/COPPE/UFRJ) em Parceria com o Laboratório de Pesquisas em Tecnologias da Informação e da Comunicação - LATEC/UFRJ. Tem experiência na área de Processamento de Dados, com ênfase em Software Básico. 36