Universidade Estadual de Maringá Centro de Tecnologia - Departamento de Informática Especialização em Desenvolvimento de Sistemas para Web

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1 Universidade Estadual de Maringá Centro de Tecnologia - Departamento de Informática Especialização em Desenvolvimento de Sistemas para Web Uma abordagem de desenvolvimento baseada em Realidade Aumentada para Web Renan Ribeiro Honorato Prof. Dr. Renato Balancieri Orientador Maringá, 2011

2 Universidade Estadual de Maringá Centro de Tecnologia - Departamento de Informática Especialização em Desenvolvimento de Sistemas para Web Renan Ribeiro Honorato Uma abordagem de desenvolvimento baseada em Realidade Aumentada para Web Trabalho submetido à Universidade Estadual de Maringá como requisito para obtenção do título de Especialista em Desenvolvimento de Sistemas para Web. Orientador: Prof. Dr. Renato Balancieri Maringá, 2011

3 RESUMO Para se manterem ativas, as aplicações web precisam estar em constante evolução, acompanhando o aumento do conhecimento dos usuários que se tornam cada dia mais exigentes. Isso estabelece que os desenvolvedores estejam sempre em busca do aperfeiçoamento de suas aplicações, com a realização de pesquisas que permitam a inclusão de novos recursos e funcionalidades para manter e obter novos usuários. Com base neste ambiente, pode-se aplicar a tecnologia de realidade aumentada, possibilitando ao usuário melhor compreensão das informações, maior interação com a aplicação e novas possibilidades de expansão de negócios. Neste trabalho, a realização da pesquisa exploratória permitiu uma melhor compreensão da tecnologia de realidade aumentada, possibilitando, dessa forma, a efetivação da pesquisa aplicada e descritiva, com o objetivo de desenvolver e apresentar uma abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para a web, identificando as principais ferramentas que apoiam o desenvolvimento nessa área. Para uma melhor experiência da abordagem, apresenta-se a execução das etapas para a aplicação de realidade aumentada em um site fictício de comércio eletrônico, além de identificar as principais dificuldades durante o desenvolvimento e vantagens em sua utilização. A apresentação da abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para a web à comunidade cientifica possibilita que novos estudos sejam realizados a fim de aperfeiçoar a abordagem inicial proposta com a inclusão de novos recursos e tecnologias. Palavras-Chave: Realidade Aumentada, Desenvolvimento Web, Abordagem de Desenvolvimento.

4 ABSTRACT To remain active, web applications need to be constantly evolving, following the increased knowledge of the users who become even more demanding. This establishes that developers are always looking for improvement of their applications, with doing research that allows the inclusion of new features and functionalities to keep and get new users. Based on this ambient, in can be applied to augmented reality technology, enabling the user to better understand the information, greater interaction with the application and new opportunities for business expansion. In this work, the exploratory research allowed a better understanding of augmented reality technology, thus enabling the realization of applied and descriptive research, with the objective to develop and present a development approach based on augmented reality for web, identifying the main tools which support development in this area. For the best experience to use of the model, it is presented the execution of the steps to the application of augmented reality in an e-commerce fictitious site, identify the principal difficulties during the development and benefits in its use. The presentation of the a development approach based on augmented reality for web to the scientific community enables new studies to be conducted in order to improve the initial model proposed with the inclusion of new features and technologies. Keywords: Augmented Reality, Web Development, Development Approach.

5 LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 Sensorama de Morton Heilig (Fonte: CRAMER, 2004) Figura 2.2 Demonstração com o Ultimate Display (Fonte: CRAMER, 2004) Figura 2.3 Piloto utilizando capacete com o simulador VCASS e demonstração da visão do usuário (Fonte: PIMENTEL, 1995 apud NETTO, MACHADO e OLIVEIRA, 2002) Figura 2.4 Diagrama de aplicação de realidade aumentada e demonstração de utilização (Fonte: BARFIELD e CAUDELL, 2001) Figura 2.5 Demonstração de ambiente com realidade aumentada espacial (Fonte: BIMBER et al., 2005 apud BIMBER e RASKAR, 2005) Figura 2.6 Demonstração de ambiente com ARToolKit (Fonte: KIRNER e TORI, 2006) Figura 2.7 Demonstração de ambiente com FLARToolKit (Fonte: VELOSO et al., 2011).. 14 Figura 2.8 Evolução Histórica de Realidade Aumentada (Fonte: Autor) Figura 2.9 Demonstração de sistema de visão por vídeo baseado em monitor (Fonte: Autor). 18 Figura 2.10 Diagrama adaptado e modelo de dispositivo de visão ótica direta (Fonte: BIMBER e RASKAR, 2005) Figura 2.11 Modelo de dispositivo de visão ótica direta por vídeo (Fonte: BIMBER e RASKAR, 2005) Figura 2.12 Ambiente de projeção (Fonte: BIMBER e RASKAR, 2005) Figura 2.13 Demonstração de aplicação web com FLARToolKit (Fonte: VELOSO et al, 2011) Figura 2.14 Demonstração da utilização do ARToolKit Marker Generator (Fonte: Autor). 23 Figura 3.1 Etapas da abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada à web (Fonte: Autor) Figura 3.2 Demonstração de marcadores para reconhecimento pela aplicação. (Fonte: Autor) Figura 3.3 Demonstração de realidade aumentada com utilização de webcam e marcador. (Fonte: KIRNER e KIRNER, 2011) Figura 3.4 Demonstração real da execução da aplicação de realidade aumentada. (Fonte: KIRNER e KIRNER, 2011) Figura 3.5 Demonstração dos três eixos cartesianos X, Y, Z. (Fonte: KIRNER e TORI, 2006)

6 Figura 3.6 Demonstração de objetos 3D em ambiente real com a utilização de realidade aumentada. (Fonte: KIRNER e TORI, 2006) Figura 3.7 Demonstração de realidade aumentada em dispositivo móvel. (Fonte: GARBIN; DAINESE; KIRNER, 2006) Figura 4.1 Etapas da abordagem de realidade aumentada para o comércio eletrônico (Fonte: Autor) Figura 4.2 Demonstração do ambiente de interação entre o usuário e o produto fictício (Fonte: Autor) Figura 4.3 Instruções para utilização de realidade aumentada apresentada no site fictício (Fonte: Autor) Figura 4.4 Demonstração do produto comercializado no site fictício de comércio eletrônico (Fonte: Autor) Figura 4.5 Exemplo de marcador que será utilizado pelo usuário e reconhecido pela aplicação web (Fonte: Autor) Figura 4.6 Demonstração da execução do aplicativo ARToolKit Marker Generator com reconhecimento da webcam conectada ao computador (Fonte: Autor) Figura 4.7 Demonstração da utilização do ARToolKit Marker Generator (Fonte: Autor) Figura 4.8 Demonstração da modelagem do objeto 3D com o aplicativo Swift 3D (Fonte: Autor) Figura 4.9 Demonstração da execução do Adobe Flash Player (Fonte: Autor) Figura 4.10 Ilustração do ambiente que contém os arquivos da abordagem (Fonte: Autor). 51 Figura 4.11 Ilustração da visualização inicial do usuário ao acessar o site fictício de comercio eletrônico (Fonte: Autor) Figura 4.12 Demonstração da visualização de imagens estáticas do produto (Fonte: Autor). 53 Figura 4.13 Instruções para visualização do produto com utilização de realidade aumentada (Fonte: Autor) Figura 4.14 Visualização do marcado para impressão em folha de tamanho A4 (Fonte: Autor) Figura 4.15 Demonstração da execução do Adobe Flash Player (Fonte: Autor) Figura 4.16 Demonstração do momento em que o usuário aponta o marcador a frente da webcam (Fonte: Autor) Figura 4.17 Demonstração da interação do usuário com o produto fornecido no site fictício de comercio eletrônico (Fonte: Autor)

7 Figura 4.18 Demonstração do objeto 3D acompanhando a movimentação do marcador pelo usuário (Fonte: Autor) Figura 4.19 Demonstração do objeto 3D em diferentes ângulos acompanhando a movimentação do marcador (Fonte: Autor)

8 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 3D Three Dimensions. ARToolKit Augmented Reality Toolkit. C++ Programming language. Collada Colaborative Design Activity. CSS Cascading Style Sheets. FLARManeger Flash Augmented Reality Maneger. FLARToolKit Flash Augmented Reality Toolkit. GPS Global Positioning System. HTML HyperText Markup Language. KARMA Knowledge-based Augmented Reality for Maintenance Assistance. LCD Liquid Crystal Display. PHP Hypertext Preprocessor. RA Realidade Aumentada. TIC Tecnologia da Informação e Comunicação. VCASS Visually Coupled Airborne Systems Simulator. VIVED Virtual Visual Environment Display.

9 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO Definição do Problema Motivação Objetivo Geral Objetivos Específicos Justificativa Procedimentos Metodológicos Limitações da Pesquisa Estrutura do Trabalho FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Histórico da Realidade Aumentada Definição Conceitual de Realidade Aumentada Tipos de Sistemas de Realidade Aumentada Sistema de visão por vídeo baseado em monitor (Monitor-Based Augmented Reality) Sistema de visão ótica direta (Optical see-through HMD) Sistema de visão direta por vídeo (Video see-through HMD) Sistema de visão ótica por projeção (Projector-based Augmented Reality) Principais Ferramentas FLARToolKit FLARManager ARToolKit Marker Generator Blender Google SketchUp Swift 3D Adobe Flash Vantagens do uso de Realidade Aumentada Considerações Finais ABORDAGEM DE DESENVOLVIMENTO BASEADA EM REALIDADE AUMENTADA PARA WEB Ambiente de Realidade Aumentada Aplicada a Web Etapa 1 Desenvolvimento de Aplicação Web Etapa 2 Desenvolvimento do Marcador Etapa 3 Modelagem do Objeto 3D... 31

10 3.1.4 Etapa 4 Criação do Ambiente de Realidade Aumentada Etapa 5 Utilização de Dispositivos de Hardware Etapa 6 Execução da Aplicação Web Considerações Finais APLICAÇÃO DE REALIDADE AUMENTADA PARA UM SITE DE COMÉRCO ELETRÔNICO Ambiente de Realidade Aumentada Aplicada a um Site de Comércio Eletrônico Etapa 1 Desenvolvimento do Site de Comércio Eletrônico Etapa 2 Desenvolvimento do Marcador Etapa 3 Modelagem do Objeto 3D Etapa 4 Criação do Ambiente de Realidade Aumentada Etapa 5 Execução do Site de Comércio Eletrônico Considerações Finais CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS Dificuldades Encontradas Limitações da Pesquisa Contribuições Trabalhos Futuros REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS... 63

11 1. INTRODUÇÃO Atualmente o uso de recursos para uma melhor visualização de informações por meio de tecnologias computacionais, possibilita ao usuário uma melhor interpretação dos dados. Por esse motivo é possível afirmar que a utilização da internet como um importante canal de entretenimento, além de comercialização de produtos e serviços, apresenta ao usuário novas possibilidades, mais opções e melhor compreensão das informações. O conceito de realidade aumentada surgiu com o objetivo de enriquecer o ambiente físico com objetos virtuais por meio de dispositivos que permitam a utilização desse recurso como, computadores e aparelhos móveis, diferente de realidade virtual onde o ambiente predominante é o oposto, ou seja, o virtual, formando assim os dois extremos da realidade misturada que permite a combinação do ambiente real com o ambiente virtual. Para Vicentini (2006 apud ZORZAL, 2009) os sistemas de realidade aumentada permitem que o usuário decida sobre os ambientes, compondo cenas de imagens tridimensionais geradas por computador misturadas com imagens reais, aumentando as informações do cenário a fim de produzir uma sensação de que tais informações se façam presentes em um único ambiente. A realidade aumentada é muito utilizada em projetos educacionais, jogos, aparelhos de localização tais como o GPS (Global Positioning System) e outros tipos de dispositivos, porque amplia a percepção do usuário e de interação com o mundo real (AZUMA, 1997). No Brasil essa tecnologia também está começando a ser implementada na internet com os seguintes objetivos: fornecer maior interação entre o usuário e a aplicação; conquistar o interesse do usuário; disponibilizar novos meios de apresentação de um determinado produto ou serviço e com isso aumentar o número de usuários possibilitando expansão de negócios. A internet é um meio de comunicação que vive em constante expansão e isso exige que as empresas estejam sempre em busca de novas tecnologias com o intuito de tornar as aplicações web cada vez mais interativas e de fácil utilização para o usuário. O crescimento da internet é acompanhado pelo aumento de conhecimento dos usuários que se tornam cada dia mais exigentes. Com base neste ambiente, este trabalho propõe uma abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para web, identificando as principais ferramentas de apoio ao desenvolvimento de um site com a utilização de recursos de realidade aumentada. Para uma melhor experiência da utilização da abordagem proposta, este trabalho apresenta a aplicação de realidade aumentada em um site fictício de comércio eletrônico, com base nas 1

12 etapas demonstradas para execução do processo descrito na abordagem, além de identificar as principais dificuldades durante o desenvolvimento e vantagens em sua utilização. 1.1 Definição do Problema A expansão da internet no Brasil se deve pelo aumento constante de novos recursos tecnológicos, melhoria da infraestrutura de telecomunicações e o aumento de usuários que passaram a possuir maior poder aquisitivo para adquirir os equipamentos necessários para o acesso à internet, isso fez com que as empresas aplicassem parte de seus lucros em pesquisa de tecnologias que permitam uma maior interação para o usuário, além de novos meios de comercializar e divulgar seus produtos e serviços. Essa busca por novos recursos também está vinculada a grande concorrência entre as empresas para manter e obter novos usuários, pois a apresentação de informações, produtos e serviços em um site permite que o usuário possa tomar decisões com mais comodidade, além da possibilidade de troca de informações com outros usuários. Isso exige com que os desenvolvedores estejam sempre em busca do aperfeiçoamento de suas aplicações, com a realização de pesquisas que permitam a inclusão de novos recursos e funcionalidades para manter e obter novos usuários. Quando uma empresa consegue apresentar de forma diferenciada a informação de um produto ou serviço para o usuário pode influenciar diretamente em suas decisões mesmo que a outra empresa possua o mesmo produto ou serviço, porém sem a mesma forma de apresentação. É por meio desse diferencial que se aplicam as novas tecnologias da informação e comunicação (TICs), que podem ser utilizadas para influenciar nas decisões do usuário. Dentre as TICs, pode-se citar o uso da realidade aumentada, objeto principal dessa pesquisa aplicada a web. Com relação ao referencial bibliográfico consultado, cabe ressaltar nesta subseção alguns trabalhos semelhantes, mas que não tem o mesmo propósito desta monografia, por exemplo, Veloso et al. (2011) descreve o uso do FLARToolKit 1 no comércio eletrônico, onde o principal objetivo é promover um produto de comércio eletrônico com a utilização do FLARToolKit, apresentando os meios necessários para o seu desenvolvimento. Já Kirner e 1 Segundo Kirner e Kirner (2011) o FLARToolKit uma versão em linguagem de programação ActionScript 3.0, baseada na biblioteca ARToolKit, permitindo dessa forma a utilização de realidade aumentada em aplicações web em conjunto com a biblioteca PaperVision3D para modelagem de objetos 3D. 2

13 Tori (2006) apresentam informações sobre a utilização de realidade aumentada com o apoio de redes de computadores, além da interação nesse ambiente, seus aspectos, dispositivos e aplicações de maneira geral. Outros trabalhos apresentam de forma mais abrangente áreas especificas que apoiam o desenvolvimento de aplicações de realidade aumentada como, por exemplo, a pesquisa de Ferreira e Pellegrino (2006) que demonstra a modelagem 3D e os tipos de elementos gráficos que podem ser utilizados para essa aplicação. Portanto, durante a pesquisa houve dificuldade em encontrar uma abordagem específica de desenvolvimento que apoiasse os desenvolvedores na construção de uma aplicação de realidade aumentada para web, sendo esse o objetivo principal deste trabalho, buscando identificar como é possível desenvolver este tipo de aplicação, quais etapas são necessárias para sua realização, e quais são as principais ferramentas e os respectivos recursos que apoiam o seu desenvolvimento. 1.2 Motivação O fato de atualmente a tecnologia de realidade aumentada ainda ser considerada uma novidade aplicada a sites de comércio eletrônico, entretenimento e outros tipos de segmento no Brasil, faz dessa pesquisa uma fonte de informações para uma perspectiva de evolução significativa da aplicação de realidade aumentada para a web. Junto a isso está a constante expansão dos meios de comunicação incluindo a internet, podendo ser considerada hoje uma das formas mais práticas de localização de informações e entretenimento, bem como aquisição de produtos ou serviços. Os usuários acompanham essa evolução e se tornam cada vez mais exigentes, acarretando em uma disputa acirrada entre as empresas, que publicam suas informações na internet para manter e obter novos usuários além de expandir seus negócios. É possível observar que tanto a tecnologia de realidade aumentada quanto a internet, são considerados dois processos em crescente evolução, isso motiva a pesquisa e o desenvolvimento de aplicações com realidade aumentada para a web. Atualmente existem poucas pesquisas relacionadas a essa área, que buscam instruir os desenvolvedores, das etapas básicas necessárias para a aplicação de realidade aumentada para web, apresentando desde o início de sua implementação, até o momento da utilização da aplicação. Além da identificação das principais ferramentas que apoiam o seu 3

14 desenvolvimento, sendo esse um dos principais objetivos deste trabalho, demonstrando uma abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para web como forma de contribuição e auxílio à comunidade científica. 1.3 Objetivo Geral Este trabalho tem por objetivo geral investigar e desenvolver uma abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para web. 1.4 Objetivos Específicos Para alcançar o objetivo geral deste trabalho, foram considerados os seguintes objetivos específicos: Investigar e apresentar um levantamento histórico da tecnologia de realidade aumentada; Realizar uma análise das principais ferramentas que podem ser utilizadas para o desenvolvimento de uma página web em conjunto com realidade aumentada; Definir as etapas e as principais ferramentas que constituirão a abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para web; Validar teoricamente a abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para web em um site de comércio eletrônico; Apresentar as dificuldades encontradas durante a execução das etapas da abordagem proposta e as vantagens de sua utilização. 1.5 Justificativa Segundo Kirner e Kirner (2011) o termo realidade aumentada surgiu em meados de 1990 em trabalhos realizados por Thomas Caudell, porém sua utilização na época estava 4

15 vinculada a projetos que ainda não tinham um grande objetivo de expandir o uso de realidade aumentada em segmentos diversificados. Pode-se considerar que essa expansão teve início há pouco tempo, considerando o avanço do uso de tecnologias por meio de ferramentas como o ARToolKit 2 ou FLARToolkit para desenvolvimento de realidade aumentada. A realidade aumentada vem sendo considerada uma possibilidade concreta de se tornar a próxima geração de interface popular, a ser usada nas mais variadas aplicações em espaços internos e externos (KIRNER e SISCOUTTO 2007). Essa tecnologia vinculada à necessidade de manutenção de usuários e expansão de negócios faz da realidade aumentada um grande recurso para auxiliar na apresentação de informações contidas em sites de comércio eletrônico, entretenimento, marketing de produtos e um forte diferencial dentro da concorrência entre empresas que aplicam seus recursos na internet. 1.6 Procedimentos Metodológicos Com relação à natureza, a pesquisa pode ser classificada como aplicada. Esse tipo de classificação é descrito por Silva e Menezes (2000) como uma pesquisa cujo objetivo é gerar conhecimentos para aplicação prática dirigidos à solução de problemas específicos, envolvendo verdades e interesses locais. Considerando-se o objetivo proposto neste trabalho, pressupõe-se o enquadramento nesse tipo de pesquisa. A metodologia proposta, conforme citado anteriormente, visa abordar as etapas essenciais a fim de possibilitar uma sequência de procedimentos que poderão ser seguidos, para a concepção de uma abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para web. Com isso, no tocante à forma de abordagem do problema, pode-se enquadrar a pesquisa como pesquisa descritiva, classificada também como pesquisa qualitativa. Silva e Menezes (2000) definem que nesse tipo de pesquisa o processo e os seus significados são os focos principais da abordagem. No que diz respeito aos objetivos, a pesquisa pode ser classificada como exploratória. Segundo Richardson (1999), nesse tipo de pesquisa o objetivo é conhecer as características de um determinado fenômeno para que, posteriormente, seja possível obter explicações das 2 Segundo Kirner e Tori (2006) o ARToolKit é uma biblioteca de software baseada nas linguagens C e C++, usada para o desenvolvimento de aplicações de realidade aumentada para ambiente desktop. 5

16 causas e consequências de tal fenômeno. Esse tipo de pesquisa visa também proporcionar maior familiaridade com o problema, com vistas a torná-lo explícito ou a construir hipóteses. A pesquisa exploratória assume, em geral, as formas de pesquisa bibliográfica e estudo de caso (GIL, 2000 apud SILVA; MENEZES, 2000, p. 21). No presente trabalho, a pesquisa bibliográfica permitiu identificar os principais conceitos envolvidos na área de realidade aumentada. Do ponto de vista dos procedimentos técnicos, a pesquisa pode ser classificada como uma pesquisa bibliográfica e também como um estudo de viabilidade (GIL apud SILVA; MENEZES, 2000). Definidos os tipos de pesquisa nos quais o presente trabalho se enquadra, citam-se as etapas que o fundamentam a fim de que sejam efetivados os objetivos propostos: Estudo da área de realidade aumentada; Estudo da área de comércio eletrônico; Construção da abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para web; o Desenvolver um aplicação web; o Desenvolver um marcador; o Modelar o objeto 3D; o Criar o ambiente de realidade aumentada; o Demonstrar a utilização de dispositivos de hardware; o Apresentar a execução da aplicação web. Validação teórica da abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para web em um site fictício de comércio eletrônico. 1.7 Limitações da Pesquisa Algumas limitações foram impostas ao trabalho proposto, dentre elas pode-se citar: A demonstração das etapas de aplicação de realidade aumentada estará voltada apenas a sua utilização para web; A apresentação das ferramentas para desenvolvimento de realidade aumentada conterá apenas informações dos principais recursos inclusos nas respectivas ferramentas que apoiam o desenvolvimento nessa área; 6

17 O desenvolvimento da modelagem para interação entre os ambientes virtual e real demonstrará apenas um objeto 3D; A abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para web utilizará a webcam como dispositivo de entrada de dados. 1.8 Estrutura do Trabalho O presente trabalho divide-se em cinco capítulos, os quais visam à abordagem de questões relacionadas à investigação e desenvolvimento de uma aplicação de realidade aumentada para comércio eletrônico. Assim, os capítulos seguintes estão estruturados como se segue. Capítulo 1: Introdução No presente capítulo é apresentada a introdução do trabalho, incluindo a apresentação, a definição do problema de pesquisa, o objetivo geral e os específicos, a justificativa, a metodologia, a delimitação do trabalho e a estrutura do trabalho. Capítulo 2: Revisão Bibliográfica Este capítulo tem como objetivo apresentar os principais acontecimentos vinculados à evolução histórica da realidade aumentada, as definições conceituais, suas principais características e as vantagens e desvantagens do uso dessa tecnologia. O capítulo também apresenta os tipos de sistemas de realidade aumentada, perspectivas de evolução e as variáveis que contribuem para que isso aconteça além de algumas ferramentas que apoiam o desenvolvimento de realidade aumentada para web. Capítulo 3: Abordagem de Desenvolvimento Baseada em Realidade Aumentada para Web Neste capítulo serão apresentadas as etapas para utilização de realidade aumentada em conjunto com uma aplicação web e a demonstração dos processos que permitem a criação desse ambiente. Capítulo 4: Aplicação de Realidade Aumentada para um Site de Comércio Eletrônico Neste capitulo é apresentado o processo de desenvolvimento de 7

18 um site fictício de comércio eletrônico com a utilização de realidade aumentada para permitir a interação entre o ambiente real e virtual. O desenvolvimento foi baseado na abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para web proposta no capítulo 3. Capítulo 5: Conclusões e Trabalhos Futuros No último capítulo apresentamse as conclusões da monografia e descrevem-se algumas sugestões de possíveis trabalhos futuros. 8

19 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Este capítulo busca apresentar os principais acontecimentos (evolução histórica) envolvendo realidade aumentada ao longo dos anos, as definições conceituais e as principais características, além dos tipos de sistemas de realidade aumentada, algumas ferramentas que apoiam o desenvolvimento de realidade aumentada para web e as vantagens do uso da tecnologia. 2.1 Histórico da Realidade Aumentada O Sensorama foi uma das primeiras máquinas com tecnologia multissensorial imersiva e é considerado o invento mais famoso de Morton Heilig motivo ao qual o aponta como pioneiro da realidade virtual. Conforme Cramer (2004) em 1962 Heilig construiu um protótipo de sua ideia, batizando-o de Sensorama, junto com cinco curtas a serem exibidos. O Sensorama representava um teatro de uma pessoa que incluía três dimensões, o filme em cores juntamente com sons, cheiros e a sensação de movimento bem como a sensação do vento no rosto do espectador, fornecendo a ilusão de realidade por meio de imagens em 3D. Figura 2.1 Sensorama de Morton Heilig (Fonte: CRAMER, 2004). 9

20 Para Kirner e Tori (2006) Heiling não conseguiu transformar sua invenção em um sucesso comercial, mas certamente semeou as ideias que levaram ao desenvolvimento do que hoje conhecemos como realidade virtual. Sutherland (1965) por meio do projeto The Ultimate Display desenvolveu um vídeo capacete totalmente funcional para gráficos de computador. O uso desse aparelho permitia o usuário ver por meio de movimentos com a cabeça diferentes imagens. Figura 2.2 Demonstração com o Ultimate Display (Fonte: CRAMER, 2004). Conforme Jaynes e Welch (2006) em 1974 Krueger apresentou o Videoplace onde eram capturadas imagens do usuário e misturadas com objetos e atividades virtuais com objetivo de segundo Wu e Balakrishnan (2003) fornecer a interação por meio de uma câmera de vídeo e uma tela de projeção em salas diferentes, permitindo que um usuário remoto pudesse visualizar os movimentos do outro usuário, transmitindo a sensação de como se as duas pessoas estivessem em uma mesma sala. Para Burt (1995) o termo realidade virtual é creditado a Jaron Lanier, um dos maiores conhecedores de realidade virtual no mundo, por ser um dos primeiros a estudar o tema e construir produtos de realidade virtual desde o início dos anos 80. Fundou a VPL Research, a primeira empresa a vender produtos de realidade virtual. Na década de 1980 ele liderou a equipe que desenvolveu as primeiras implementações tanto para redes locais e remotas, bem como os primeiros "avatares", ou representações dos usuários dentro de tais sistemas. Conforme Chesher (2003) em 1982 Thomas Furness realizou a demonstração do VCASS (Visually Coupled Airborne Systems Simulator) para a Força Aérea Americana. Mesmo com a importância da pesquisa o seu desenvolvimento não atraiu muita publicidade, o 10

21 projeto VCASS reduzia a complexidade do mundo real permitindo uma maior concentração na simulação de voos. O VCASS era um capacete de realidade virtual que permitia o usuário visualizar imagens sintéticas do mundo exterior de forma semelhante a um mapa. Figura 2.3 Piloto utilizando capacete com o simulador VCASS e demonstração da visão do usuário (Fonte: PIMENTEL, 1995 apud NETTO, MACHADO e OLIVEIRA, 2002). Segundo Pimentel (1995 apud MACHADO 1995) em 1984 Michael McGreevy começou a trabalhar no projeto VIVED (Virtual Visual Environment Display), utilizando uma nova tecnologia de visores de cristal líquido (LCD) na NASA. Para McGreevy apesar de apresentar imagens de forma limitada em comparação ao VCASS o objetivo era criar um projeto acessível onde seu custo era considerado bastante atrativo. A parte de áudio e vídeo foi então montada sobre uma máscara de mergulho utilizando dois visores de cristal líquido com pequenos autofalantes acoplados. Scott Fisher se ajunta a esse projeto no ano de 1985 com o objetivo de incluir nele: luvas de dados, reconhecimento de voz, síntese de som 3D, e dispositivos de feedback tátil. De acordo com Jacobson (1994 apud MACHADO 1995) em 1989 a empresa AutoDesk popularizou a ideologia da realidade virtual por meio da mídia ao anunciar o primeiro sistema de realidade virtual para desktop. Para Kirner e Kirner (2011) Thomas Caudell cunhou o termo Realidade Aumentada durante sua passagem à empresa Boeing, em referência a um dispositivo de Realidade Virtual que apoiava funcionários na montagem de equipamentos eletrônicos de aeronave. Conforme relatos de Barfield e Caudell (2001) eles pretendiam saber como as técnicas da realidade virtual poderiam ser usadas na construção de aviões para melhorar a conexão dos complexos sistemas de cabos que conectam as partes das aeronaves. 11

22 No ambiente de trabalho o usuário possuía acesso a uma placa de fiação com uma ampla gama de operação, utilizando o computador para execução dos gráficos e gerenciamento das funções dos dados, possuindo dessa forma uma visão do caminho do fio corrente como um polígono de cor pintado na placa. A Figura 2.4 apresenta o diagrama do projeto para aplicação do sistema proposto por Barfield e Caudell e uma demonstração de um sistema similar por David Mizell. Figura 2.4 Diagrama de aplicação de realidade aumentada e demonstração de utilização (Fonte: BARFIELD e CAUDELL, 2001). Em 1991, Howard Rheingold publicou o livro Virtual Reality apresentando o tema para um público mais amplo (CHESHER, 2003). Já em 1992 foi demonstrado um protótipo de sistema em realidade aumentada por Steven Feiner, Blair MacIntyre e Doree Seligmann em uma conferência de Interface Gráfica sendo denominado como KARMA (Knowledgebased Augmented Reality for Maintenance Assistance) (FEINER et al., 1993a apud FEINER, et al., 1993b). Foi apresentado em 1998 o conceito de realidade aumentada espacial demonstrando as possibilidades de utilização de diferentes tecnologias de displays móveis e não móveis para interação entre objetos ou moldes reais com displays que apresentam ao usuário a junção desses dois ambientes (FUNCHS, RASKAR e WELCH, 1998; BIMBER e RASKAR, 2005). A Figura 2.5 demonstra um ambiente que realiza a interação entre objetos e dispositivos de transmissão de imagem, permitindo informar ao usuário, por exemplo, informações sobre a produção da obra de arte, interação entre o display e o quadro, sons, etc. 12

23 Figura 2.5 Demonstração de ambiente com realidade aumentada espacial (Fonte: BIMBER et al., 2005 apud BIMBER e RASKAR, 2005). Em 1999 foi apresentada a biblioteca de software ARToolKit que para Kirner e Tori (2006) é considerado um dos recursos mais populares da realidade aumentada. ARToolKit é uma biblioteca de software baseada nas linguagens C e C++, usada para o desenvolvimento de aplicações de realidade aumentada. A Figura 2.6 demonstra ambiente com a utilização da biblioteca ARToolKit, onde por meio de um marcador apontado para um dispositivo que transmita a imagem para a aplicação, permite fazer com que o mesmo reconheça o marcador para apresentar os objetos em um display demonstrando a visualização final para o usuário. Figura 2.6 Demonstração de ambiente com ARToolKit (Fonte: KIRNER e TORI, 2006). Este ambiente de desenvolvimento baseia-se no uso de marcadores (cartões com uma moldura retangular e com um símbolo marcado em seu interior, funcionando como um código de barra), permitindo o uso de técnicas de visão computacional para calcular a posição da câmera real e sua orientação em relação aos marcadores, de forma a fazer com que o sistema 13

24 possa sobrepor objetos virtuais sobre os marcadores. ARToolKit é um código aberto que possibilita alteração e ajustes para aplicações específicas. Bruce H. Thomas e sua equipe desenvolvem em 2000 o ARQuake, primeiro jogo para celular utilizando realidade aumentada em conjunto com GPS e sensores de orientação (THOMAS, et al.,2000). Segundo Madden (2011), em 2008 é apresentado o Wikitude, aplicativo para a plataforma Android permitindo a utilização do telefone e GPS junto a Realidade Aumentada podendo, por exemplo, determinar rotas para determinados destinos. De acordo com Kirner e Kirner (2011), baseando-se na biblioteca ARToolKit Saqoosha desenvolveu o FLARToolKit em código aberto permitindo a utilização de realidade aumentada com Adobe Flash possibilitando sua utilização por meio de navegadores para internet. A Figura 2.7 apresenta uma página de internet com aplicação baseada na biblioteca FLARToolKit, com o apoio de software em Flash o usuário final pode apresentar o marcador a frente de dispositivo que transmita imagem para o aplicativo para que o mesmo possa converter os dados do marcador na animação contida na aplicação. Figura 2.7 Demonstração de ambiente com FLARToolKit (Fonte: VELOSO et al., 2011). A seguir é apresentada a Figura 2.8 que ilustra de forma sintética a evolução histórica de realidade aumentada, conforme descrito anteriormente. 14

25 Figura 2.8 Evolução Histórica de Realidade Aumentada (Fonte: Autor). 2.2 Definição Conceitual de Realidade Aumentada Azuma (1997) define realidade aumentada como uma variação de ambientes virtuais, ou realidade virtual como é mais comumente chamado. A realidade aumentada permite ao usuário ver o mundo real, com a sobreposição de objetos virtuais ou compostos com o mundo real. O uso de técnicas de realidade aumentada permite a exploração de todos os sentidos humanos (AZUMA et al., 2001). 15

26 Para Billinghurst e Kato (1999) Realidade Virtual imersiva separa o usuário do mundo real e suas ferramentas tradicionais. Uma abordagem alternativa é por meio de realidade misturada, que é a sobreposição de objetos virtuais no mundo real. Isso permite aos usuários ver uns aos outros ao mesmo tempo de imagens virtuais, facilitando a comunicação entre usuários por meio de utilização de banda larga e intuitiva manipulação da informação virtual. Conforme Milgram et al. (1994) a realidade misturada, misturando o real com o virtual, abrange duas possibilidades: a realidade aumentada, cujo ambiente predominante é o mundo real, e a virtualidade aumentada, cujo ambiente predominante é o mundo virtual. Realidade aumentada está sendo usado em vários domínios e, portanto, precisa se adaptar as necessidades específicas desses domínios (LOOSER et al., 2006). De acordo com Kirner e Tori (2006) o hardware para realidade aumentada pode usar dispositivos de realidade virtual, mas tende a não obstruir as mãos, que devem atuar naturalmente no ambiente misturado. A realidade aumentada também pode ser definida como a inserção de objetos virtuais no ambiente físico, mostrada ao usuário, em tempo real, com o apoio de algum dispositivo tecnológico, usando a interface do ambiente real, adaptada para visualizar e manipular os objetos reais e virtuais (KIRNER e SISCOUTTO, 2007). Segundo Billinghurst (2005 apud SILVA et al. 2008) os sistemas de realidade aumentada permitem que o usuário decida sobre os ambientes, compondo cenas de imagens tridimensionais geradas por computador misturadas com imagens reais, aumentando as informações do cenário a fim de produzir uma sensação de que tais informações se façam presentes em um único ambiente. Já para Kirner (1997 apud ZORZAL 2009), pode-se definir realidade virtual como uma forma das pessoas visualizarem, manipularem e interagirem com computadores e dados extremamente complexos, na qual ideias como imersão, interação e envolvimento com o ambiente virtual são consideradas básicas e fundamentais. A realidade aumentada vem sendo considerada uma possibilidade concreta de se tornar a próxima geração de interface popular, a ser usada nas mais variadas aplicações em espaços internos e externos (KIRNER e SISCOUTTO, 2007). Para este trabalho será adotado o conceito de Kirner e Siscoutto (2007) que define a realidade aumentada como a inserção de objetos virtuais no ambiente físico, mostrada ao usuário, em tempo real, com o apoio de algum dispositivo tecnológico, usando a interface do ambiente real, adaptada para visualizar e manipular os objetos reais e virtuais. 16

27 A escolha se deve pelo fato de que o conceito definido por Kirner e Siscoutto é o mais adotado atualmente na área de realidade aumentada. Além disso, os conceitos definidos pelos demais autores se baseiam no mesmo princípio, definindo a realidade aumentada como a inserção de objetos virtuais no ambiente físico. 2.3 Tipos de Sistemas de Realidade Aumentada Segundo Azuma et al. (2001) os sistemas de realidade aumentada podem ser classificados conforme o tipo de display que é utilizado junto à aplicação. Conforme Zorzal (2009) os sistemas de realidade aumentada são classificados em quatro tipos: sistema de visão por vídeo baseado em monitor, sistema de visão ótica direta, sistema de visão direta por vídeo e sistema de visão ótica por projeção. A seguir são apresentadas as características de cada um dos sistemas Sistema de visão por vídeo baseado em monitor (Monitor-Based Augmented Reality) O sistema de visão por vídeo baseado em monitor requer a utilização de uma webcam para realizar a captura da cena em tempo real. Por meio desse tipo de sistema a imagem da cena real é capturada pela webcam e enviada para a aplicação de realidade aumentada para que a mesma possa processar os dados recebidos e realizar a inclusão dos objetos virtuais contidos na aplicação de realidade aumentada, e em tempo real, apresentar a junção desses dois ambientes por meio do monitor. O desenvolvimento da aplicação de realidade aumentada deste trabalho é baseado em sistemas de visão por vídeo (Monitor-Based Augmented Reality). A Figura 2.9 demonstra um exemplo da utilização de um sistema de visão por vídeo baseado em monitor. 17

28 Figura 2.9 Demonstração de sistema de visão por vídeo baseado em monitor (Fonte: Autor) Sistema de visão ótica direta (Optical see-through HMD) Sistemas de visão ótica direta são baseados principalmente em capacetes acoplados a recursos que permitem a visão de vídeo montado no capacete, permitindo recebimento direto da imagem do ambiente real para posteriormente realizar a projeção de imagens virtuais junto às imagens reais recebidas. Segundo Zorzal (2009) uma das maneiras mais comuns de se conseguir tais características é por meio da utilização de uma lente inclinada que permita a visão direta e reflita a projeção de imagens geradas por computador diretamente nos olhos do usuário. A Figura 2.10 apresenta um diagrama adaptado e modelos de dispositivo de visão ótica direta. Figura 2.10 Diagrama adaptado e modelo de dispositivo de visão ótica direta (Fonte: BIMBER e RASKAR, 2005). 18

29 2.3.3 Sistema de visão direta por vídeo (Video see-through HMD) Os sistemas de visão ótica direta por vídeo trabalham com uma estrutura semelhante aos sistemas de visão de ótica direta, a diferença é que os sistemas de visão por vídeo utilizam a câmera para a captura das imagens do ambiente real, para posteriormente misturar as imagens recebidas com os elementos virtuais e por fim realizar a apresentação diretamente ao usuário. Para Kirner e Tori (2006) a utilização de vídeo see-through juntamente com o ambiente de realidade aumentada ARToolKit permite de maneira simples a implementação de interfaces tangíveis, onde a presença de um cartão marcador em frente a câmera faz com que o objeto virtual associado a ele seja colocado sobre ele, permitindo a manipulação com as mãos para movimentar o objeto virtual. A Figura 2.11 demonstra um modelo de dispositivo que permite realizar a visualização de imagens por meio de sistema de visão ótica direta por vídeo. Figura 2.11 Modelo de dispositivo de visão ótica direta por vídeo (Fonte: BIMBER e RASKAR, 2005) Sistema de visão ótica por projeção (Projector-based Augmented Reality) Sistemas de visão ótica por projeção utilizam superfícies de um ambiente real para realização de projeção de imagens dos objetos virtuais apresentando todo o conjunto ao usuário sem a necessidade de uso de equipamento auxiliar. Conforme Kirner e Tori (2006) sistemas de projeção por visão ótica podem ser considerados sistemas que utilizam realidade 19

30 aumentada com visão direta onde as imagens podem ser vistas a olho nu ou trazidas, por meio de vídeo, enquanto os objetos virtuais gerados pelo sistema de visão ótica por projeção podem ser apresentados nos olhos do usuário. Para Zorzal (2009) embora seja interessante a utilização desse tipo de sistema, seu uso é restrito as condições de espaço real pelo fato de o mesmo exigir superfícies reais para realizar suas projeções. A Figura 2.12 demonstra um ambiente com a utilização de sistema de visão ótica por projeção utilizando a superfície de um ambiente real. Figura 2.12 Ambiente de projeção (Fonte: BIMBER e RASKAR, 2005). 2.4 Principais Ferramentas Esta seção tem como objetivo apresentar algumas ferramentas que podem ser utilizadas para o desenvolvimento de uma página web em conjunto com realidade aumentada. Há certa dificuldade em encontrar ferramentas que englobem todos os recursos necessários para a utilização de realidade aumentada, uma vez que cada ferramenta normalmente é desenvolvida para atender uma área de aplicação específica, por esse motivo esta seção apresentará apenas as principais funções de cada ferramenta que apoiam o desenvolvimento de realidade aumentada para web FLARToolKit Segundo Kirner e Kirner (2011), baseando-se na biblioteca ARToolKit Saqoosha desenvolveu o FLARToolKit em código aberto, que permite a utilização de realidade aumentada com Adobe Flash, possibilitando sua utilização por meio de navegadores para internet. O desenvolvimento da biblioteca FLARToolKit foi realizado em linguagem de 20

31 programação Action Stript 3 (AS) proporcionando dessa forma o desenvolvimento de aplicações de realidade aumentada. Atualmente o FLARToolKit é considerado a ferramenta mais popular para o desenvolvimento de realidade aumentada aplicada a web, trabalha em conjunto com a biblioteca PaperVision3D, permitindo a utilização de arquivos criados com modelagem de objeto 3D, no qual por meio da interpretação de dados pela biblioteca de realidade aumentada é possível reconhecer o marcador impresso e apontado à frente da webcam. O FLARToolKit calcula a orientação e a posição do mundo 3D baseado na posição do marcador impresso, permitindo com que seja apresentado ao usuário em tempo real o objeto 3D. O FLARToolKit permite que o desenvolvedor possa modelar um objeto 3D utilizando qualquer aplicação que permita o desenvolvimento desses objetos e a exportação do arquivo desenvolvido para o formado Collada (.dae) para que possa ser reconhecido pela biblioteca PaperVision3D, que está incorporada na biblioteca FLARToolKit. Em projetos onde o desenvolvedor crie aplicações que não disponibilize publicamente o código fonte do projeto que utilizou o FLARToolKit pode fazer com que haja custos para sua utilização. A Figura 3.8 demonstra o marcador impresso e o resultado da sua interpretação pela biblioteca de realidade aumentada FLARToolKit implementada na aplicação web, no exemplo dessa aplicação o usuário final pode por meio de comandos do teclado solicitar que o objeto mude de cor de acordo com as opções inclusas na aplicação. Figura 2.13 Demonstração de aplicação web com FLARToolKit (Fonte: VELOSO et al, 2011) FLARManager Assim como o FLARToolKit, o FLARManager (Flash Augmented Reality Maneger) é uma variação da biblioteca ARToolKit para linguagem de programação Action Script 3.0, 21

32 permitindo o desenvolvimento de realidade aumentada para aplicações Flash. O FLARManager é compatível com uma variedade de bibliotecas de rastreamento de objetos 3D incluindo o PaperVision3D realizando dessa forma o reconhecimento de arquivos no formato Collada (.dae). Sua utilização é semelhante a do FLARToolKit sendo necessário a execução de Flash Player na aplicação web para detecção do marcador impresso e o seu reconhecimento pelo FLARManager para demonstrar a mistura de imagens entre o ambiente real e virtual ARToolKit Marker Generator O funcionamento da aplicação web depende da existência de um objeto padrão no mundo real para que a webcam possa enviar os dados para a aplicação, permitindo dessa forma identificar e mostrar o produto atrelado ao objeto apontado à frente da webcam. No ambiente de desenvolvimento, esse objeto é comumente conhecido como um marcador que pode ser modificado e codificado de acordo com o desenvolvedor, porém obedecendo aos padrões estabelecidos pela biblioteca FLARToolKit. Assim como a biblioteca de realidade aumentada FLARToolKit o ARToolKit Marker Generator também é uma aplicação desenvolvida em código aberto, permitindo dessa forma, que qualquer usuário final possa utilizá-lo para criar o marcador e permitir seu reconhecimento com a biblioteca FLARToolKit ou ARToolKit. Para execução do ARToolKit Marker Generator é necessário que o computador possua instalado o Adobe AIR que permite a utilização de aplicações desktop com as tecnologias de desenvolvimento de páginas web. Ele é distribuído gratuitamente e seu download pode ser realizado por meio do site oficial da empresa Adobe 3. Com o Adobe AIR instalado no computador é possível executar o aplicativo ARToolKit Marker Generator para que possa ser criado o arquivo que possuirá os dados da interpretação do marcador impresso criado. O marcador pode ser criado por meio de qualquer aplicação de edição de imagens, porém deve obedecer as regras de reconhecimento do FLARToolKit. Por padrão o marcador deve possuir segundo Kirner e Tori (2006) uma moldura retangular e com um símbolo marcado em seu interior funcionando de forma semelhante a um código de barra, permitindo dessa forma o uso de técnicas de visão computacional para calcular a posição da câmera real e sua orientação em relação aos marcadores. 3 Maiores informações podem ser encontradas em: <http://www.adobe.com/> 22

33 O símbolo contido no interior da moldura retangular deve ser criado permitindo uma fácil interpretação pela biblioteca FLARToolKit, apresentando-se de forma diferente a cada movimentação realizada pelo usuário final para que o FLARToolKit possa interpretar corretamente a direção em tempo real para onde o objeto 3D deverá ser apresentado. A Figura 3.9 demonstra a utilização do aplicativo ARToolKit Marker Generator, que ao apontar o marcador criado e impresso à frente da webcam a aplicação reconhecerá a moldura marcando seu contorno em vermelho. Figura 2.14 Demonstração da utilização do ARToolKit Marker Generator (Fonte: Autor). No momento em que o aplicativo determina o contorno vermelho, significa que o marcador foi reconhecido e com isso é possível utilizar o recurso Save Pattern para salvar o arquivo com os dados de reconhecimento do marcador. Após salvar o reconhecimento da marcação deve ser localizado o arquivo criado pelo aplicativo ARToolKit Marker Generator e salvá-lo dentro da pasta DATA contida na biblioteca de realidade aumentada FLARToolKit Blender Segundo Guimarães et al. (2007) o Blender é um software de edição gráfica que permite a modelagem e animação 3D, oferecendo uma série de recursos e funcionalidades para criação de objetos 3D e disponível para utilização em várias plataformas como, por exemplo, Windows, Linux, MAC OS X, etc. Para a modelagem de objetos 3D, o Blender é uma das soluções livre mais comumente usada oferecendo além dos serviços de modelagem, recursos de interação via linguagem de 23

34 programação Python, disponibilizando também ferramentas para criação de aplicativos simples sem o uso de programação. O aplicativo Blender também permite exportar o objeto 3D modelado para arquivo em formato Collada (.dae), permitindo dessa forma o reconhecimento do objeto 3D pela biblioteca PaperVision3D Google SketchUp O Google SketchUp é uma ferramenta desenvolvida voltada para profissionais da área de design e engenharia, permitindo criar modelos 3D, documentos e apresentações em 2D bem como de estilos de exibição personalizados com aparência de desenhos feitos a mão livre. Além de permitir o download desse aplicativo para uso desktop, o Google também possui disponível uma página web que permite realizar download de objetos 3D prontos, podendo exportá-los para o formato Collada (.dae), permitindo dessa forma a utilização dos objetos 3D disponíveis com aplicação de realidade aumentada. O aplicativo é disponibilizado de forma gratuita ou paga pela empresa Google, a aplicação em versão gratuita já permite a modelagem de objetos 3D e a realização de sua exportação para o formato Collada (.dae) Swift 3D O Swift 3D é um software desenvolvido para modelagem de objetos 3D desde os modelos mais simples aos mais complexos, incluindo recursos multimídia e comandos que permitem maior interação. Permite exportar os arquivos criados para utilização com Adobe Flash e PaperVision3D, disponibilizando dessa forma recurso para geração dos arquivos modelados no formato Collada (.dae) Adobe Flash Como o FLARToolKit é baseado na utilização de Flash, o aplicativo Adobe Flash é uma ferramenta importante para desenvolvedores que desejam criar um ambiente de realidade aumentada mais interativo, utilizando, por exemplo, recursos multimídia, funções de teclado, mouse e outros dispositivos além do objeto 3D. O Adobe Flash permite o desenvolvimento em Flash com o apoio de linguagem de programação Action Script para ambiente desktop ou internet. 24

35 2.5 Vantagens do uso de Realidade Aumentada Nesta seção são apresentadas as principais vantagens da utilização de realidade aumentada nos diferentes ambientes e tipos de aplicações. Não exige treinamento específico do usuário final para utilização de aplicações com recursos de realidade aumentada; Permite que o usuário final utilize as habilidades e o conhecimento intuitivo para manipulação dos objetos virtuais; Permite a formalização de ideias por meio de maneiras de visualização, comunicação e interação com pessoas e informações. Avanço na utilização de recursos alternativos para interação, tais como rastreamento óptico de pessoas ou mãos; A utilização de aplicações de realidade aumentada não exige necessariamente conexão com a internet; As principais ferramentas para desenvolvimento de aplicações em realidade aumentada são distribuídas em código aberto; O uso de realidade aumentada não é obrigatoriamente aplicado a um ambiente específico, pode ser utilizado para educação, meios de localização, jogos, apresentações, comércio eletrônico, entre outros; Além de computadores aplicações de realidade aumentada podem ser utilizadas em aparelhos móveis ou qualquer dispositivo que permita transmissão de imagens e possua tecnologia para execução do aplicativo; 25

36 2.6 Considerações Finais O objetivo principal deste capítulo foi proporcionar uma visão conceitual da tecnologia de realidade aumentada. Inicialmente buscou-se apresentar a evolução histórica da área de realidade aumentada, onde foram abordados os principais acontecimentos, explicar as definições conceituais de realidade aumentada e os tipos de sistemas, além de abordar suas vantagens com base no estudo desta tecnologia. No capítulo 3 será apresentado uma abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para web onde serão relacionadas as etapas desse processo e as principais ferramentas para desenvolvimento de realidade aumentada em uma aplicação web. 26

37 3. ABORDAGEM DE DESENVOLVIMENTO BASEADA EM REALIDADE AUMENTADA PARA WEB Este capítulo apresenta os meios básicos necessários para a implementação de realidade aumentada em uma aplicação web, demonstrando em etapas a realização desse processo para uma melhor compreensão dos meios necessários para permitir a interação entre o ambiente real e virtual. 3.1 Ambiente de Realidade Aumentada Aplicada a Web Nesta seção o processo de implementação de realidade aumentada em uma aplicação web foi dividido em etapas para uma melhor compreensão dos meios necessários para permitir a interação entre o usuário final e a aplicação. A Figura 3.1 ilustra a proposição de um modelo geral de aplicação de realidade aumentada à web e suas respectivas etapas para a visualização da mistura de imagens entre o ambiente real e o virtual. Figura 3.1 Etapas da abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada à web (Fonte: Autor). 27

38 A abordagem apresentada na Figura 3.1 está dividida em seis etapas: 1) Desenvolvimento de Aplicação Web, 2) Desenvolvimento do Marcador, 3) Modelagem do Objeto 3D, 4) Criação do Ambiente de Realidade Aumentada, 5) Utilização de Dispositivos de Hardware e 6) Execução da Aplicação Web. Durante o processo de desenvolvimento para que seja possível atingir o resultado final da interação do usuário final com os objetos virtuais existem três importantes etapas a serem realizadas que apoiam a correta execução da aplicação web. A primeira delas é o desenvolvimento do marcador que será reconhecido pela aplicação, a segunda é a modelagem do objeto 3D e a terceira é a criação do ambiente de realidade aumentada que depende do objeto 3D e da utilização do marcador desenvolvido para realizar a projeção em tempo real ao usuário final. Para que seja possível efetuar a ação conjunta das três etapas mencionadas anteriormente é necessário que primeiro se realize o desenvolvimento da aplicação web que é considerado como a base de todo o processo. A seguir será realizado um detalhamento de cada uma das etapas Etapa 1 Desenvolvimento de Aplicação Web A aplicação web deve ser desenvolvida em uma linguagem de programação que permita a utilização de Flash Player como, por exemplo, PHP, ou até mesmo utilizando apenas HTML e realizando a execução do Flash Player por meio de comandos em JavaScript para que a webcam possa ser utilizada com aplicação web. A pasta raiz onde estiver contidos os arquivos da aplicação web também deverá conter: Arquivo gerado com a realização da modelagem do objeto 3D apresentado na Etapa 3; Arquivos referentes à biblioteca de realidade aumentada FLARToolKit apresentado na Etapa 4; Arquivo de leitura do marcador apresentado na Etapa 2 para que no momento em que o usuário final apontar o marcador impresso a frente da webcam a aplicação web possa interpretar os dados recebidos. 28

39 Desse modo a aplicação web poderá reconhecer e interpretar as informações do ambiente real com a ajuda da biblioteca de realidade aumentada e demonstrar ao usuário final a mistura de imagens entre o ambiente real e virtual. A aplicação deverá também instruir ao usuário final como realizar a execução do Flash Player e apresentar o recurso que permita realizar a impressão do marcador criado na Etapa 2 para que o usuário final possa apontá-lo à frente da webcam durante a utilização da aplicação Etapa 2 Desenvolvimento do Marcador Para que a aplicação de realidade aumentada possa reconhecer os dados obtidos por meio de dispositivo de transmissão de imagem do ambiente real como, por exemplo, a webcam, é necessária a criação de uma marca de detecção para que a aplicação possa identificar os dados recebidos e realizar a mistura do ambiente virtual com o ambiente real. As aplicações que trabalharem em conjunto com a biblioteca FLARToolKit podem ter sua própria marca de detecção definida, porém é importante levar em consideração que a marca de detecção criada deve ser de fácil interpretação para a aplicação. O marcador deve se apresentar de forma diferente a cada movimentação realizada pelo usuário final, dessa forma com o auxílio da biblioteca PaperVision3D o FLARToolKit poderá interpretar corretamente a direção para apresentar o objeto 3D criado. A Figura 3.2 demonstra dois marcadores para interpretação da aplicação de realidade aumentada onde o marcador A causaria problemas na detecção pela aplicação, já o marcador B seria mais aconselhado pelo fato de que a aplicação consegue interpretar de uma melhor forma os ângulos de movimentação do marcador pelo usuário final. Figura 3.2 Demonstração de marcadores para reconhecimento pela aplicação. (Fonte: Autor). 29

40 Segundo Consularo et al. (2007) por meio do rastreamento do marcador é possível obter as coordenadas ao realizar a sua identificação verificando na imagem recebida pelo dispositivo de entrada o objeto mais similar a um quadrado e então dessa forma seus quatro cantos são extraídos e também sendo possível realizar a identificação do objeto interno do marcador caso o mesmo possua um. A biblioteca de realidade aumentada utiliza o centro da webcam como origem da projeção e as coordenadas são obtidas por meio do centro do marcador, após realizar a interpretação do marcador por meio dos dados recebidos pela webcam a aplicação de realidade aumentada transforma então os dados recebidos em uma imagem binária (com valores em preto e branco). A aplicação de realidade aumentada requisita informações de um arquivo que possui os dados binários da geração do marcador impresso para que dessa forma, no momento em que o usuário final apontar o marcador para a webcam a aplicação possa comparar os dados recebidos com os dados previamente cadastrados no arquivo de reconhecimento do marcador. Para uma correta interpretação do marcador é importante ressaltar que a identificação pela aplicação de realidade aumentada pode encontrar dificuldades para realizar o reconhecimento se estiver, por exemplo, em um ambiente com pouca luminosidade. Em sistemas mais complexos também é possível aplicar a utilização de mais de um marcador vinculado a uma mesma aplicação de realidade aumentada, o marcador não precisa necessariamente ser movimentado pelo usuário final, basta que a webcam realize o reconhecimento do mesmo. O usuário final pode, por exemplo, movimentar o marcador impresso com a mão, fixar no corpo ou em algum objeto, fixá-lo na parede e apontar a webcam para ele. A Figura 3.3 demonstra a execução de uma aplicação de realidade aumentada realizando o reconhecimento dos marcadores impressos em um livro e o resultado final sendo apresentado ao usuário final por meio de um monitor em conjunto com recursos de som. Figura 3.3 Demonstração de realidade aumentada com utilização de webcam e marcador. (Fonte: KIRNER e KIRNER, 2011). 30

41 A Figura 3.4 apresenta uma demonstração real do ambiente de execução da aplicação de realidade aumentada demonstrado na Figura 3.6. Conforme o usuário final muda a página a aplicação reconhece o novo marcador identificado e realiza a projeção do objeto 3D, que segundo Kirner e Kirner (2011) gera uma sensação de realismo híbrido. Figura 3.4 Demonstração real da execução da aplicação de realidade aumentada. (Fonte: KIRNER e KIRNER, 2011) Etapa 3 Modelagem do Objeto 3D Antes de criar o ambiente de realidade aumentada é necessário realizar a modelagem do objeto 3D que será demonstrado ao usuário final misturado ao ambiente real, sem a criação do objeto 3D a utilização de realidade aumentada na aplicação não apresentará resultado. A biblioteca de realidade aumentada FLARToolKit trabalha em conjunto com a biblioteca PaperVision3D, que, permite a projeção de objetos 3D baseado no reconhecimento de arquivos com formato Collada 4 (cuja extensão é DAE). Existem vários aplicativos que permitem a modelagem de objetos 3D e a realização de sua exportação para o formato Collada (.dae), até mesmo sites que já possuem objetos 3D prontos e permitem realização de download nesse formato. Para Kirner e Tori (2006) dependendo da capacidade de movimentação, os objetos virtuais podem ser classificados como estáticos ou dinâmicos. Além disso, possuem restrições físicas como, por exemplo, o limite de translação e rotação. A navegação no mundo virtual depende de uma série de fatores uma vez que envolve dispositivos não convencionais de entrada e saída e é realizada em tempo real. 4 Colaborative Design Activity Tradução do autor: Atividade de Design Colaborativo 31

42 A combinação de movimentos de translação e rotação permite realizar a navegação no espaço tridimensional que ocorre no ambiente real e virtual com o mesmo princípio, reproduzindo, por exemplo, os movimentos de um avião. Permite-se dessa forma a deslocação nos três eixos cartesianos X, Y, Z e também a realização da rotação em torno deles. Isto resulta no que segundo Kirner e Tori (2006) é chamado de seis graus de liberdade, sendo três de translação e três de rotação. A Figura 3.5 demonstra os movimentos de rotação e translação nos três eixos cartesianos X, Y e Z. Figura 3.5 Demonstração dos três eixos cartesianos X, Y, Z. (Fonte: KIRNER e TORI, 2006). Segundo Kirner e Tori (2006) as aplicações gráficas tridimensionais (3D) necessitam esforço computacional considerável para processá-las. Dessa forma é necessário que o esforço seja alocado entre as placas gráficas, na placa principal do computador ou dispositivo que permite a projeção de objetos 3D. Com base nesse princípio o desenvolvimento de aplicações ou objetos 3D que exploram ao máximo o potencial computacional faz com que essas aplicações ou objetos sejam dependentes do hardware para o qual foram desenvolvidas, dessa forma não é possível considerar o mesmo desempenho de processamento em um computador ou dispositivo com hardware inferior. Por esse motivo alguns cuidados na modelagem de aplicações ou objetos 3D devem ser tomados, levando-se em consideração os ambientes que possuem diferentes tipos de hardware com diferentes configurações buscando garantir dessa forma a eficiência no processamento e a qualidade da aplicação. A Figura 3.6 demonstra um ambiente da utilização de objetos 3D em conjunto com a realidade aumentada apresentando ao usuário final em tempo real a mistura entre o ambiente real e virtual. 32

43 Figura 3.6 Demonstração de objetos 3D em ambiente real com a utilização de realidade aumentada. (Fonte: KIRNER e TORI, 2006). Além de objetos 3D a realidade aumentada também permite a utilização de dados multimídia com conteúdo de vídeo, texturas, sons, etc, por meio de softwares de autoria que abrange desenvolvimento diferenciado para execução desses recursos assim como também com a interação de diferentes tipos de dispositivos de entrada de dados Etapa 4 Criação do Ambiente de Realidade Aumentada Com o desenvolvimento do marcador e a modelagem do objeto 3D é possível realizar a criação do ambiente de realidade aumentada para possibilitar o resultado da mistura de imagens entre o ambiente real e virtual. Para que seja possível utilizar esses recursos é necessário que exista conexão entre a aplicação web e uma biblioteca de programação que possua as instruções necessárias para projetar o ambiente de realidade aumentada. Dessa forma com a utilização de Flash Player, que suporta a linguagem ActionScript é possível realizar a interação entre o usuário final e a aplicação com base na conexão da página web e a biblioteca de realidade aumentada, permitindo assim a projeção das imagens processadas para visualização do usuário final. Para Kirner e Tori (2006) o software de realidade aumentada tem como principal objetivo promover o rastreamento de objetos reais estáticos e móveis, e ajustar os objetos virtuais no cenário se preocupando com pontos de vista fixos e em movimento. O software de realidade aumentada deve garantir dessa forma o controle da simulação ou animação dos objetos virtuais misturados no ambiente real permitindo a interação com o usuário final. Um exemplo muito conhecido de biblioteca para a utilização de realidade aumentada em aplicações web é o FLARToolKit que segundo Kirner e Kirner (2011) é uma versão em linguagem de programação ActionScript 3.0 baseada na biblioteca ARToolKit, permitindo 33

44 dessa forma a utilização de realidade aumentada em aplicações web em conjunto com a biblioteca PaperVision3D para modelagem de objetos 3D. O ARToolKit também é uma biblioteca de realidade aumentada, porém não é baseada em ActionScript, dessa forma não é possível utilizá-la em conjunto ao Flash para aplicações web. Conforme Kirner e Kirner (2011) com a liberação para uso do FLARToolKit em 2008, onde o ARToolKit foi portado para a plataforma Flash, os desenvolvedores profissionais de publicidade passaram a utilizar essa ferramenta para agregar interação a aplicações web, o que proporcionou grande visibilidade e popularidade à área de realidade aumentada. Segundo Kirner e Tori (2006) a visualização de objetos virtuais em ambientes reais pelo usuário final pode ser baseada em dois tipos: Visão direta (imersiva): Quando um usuário final tem a possibilidade de visualização do ambiente misturado, apontando os olhos diretamente para as posições reais com cena óptica ou por vídeo a realidade aumentada pode ser então considerada de visão direta. A visão direta está baseada na possibilidade de visualização de imagens a olho nu ou trazidas por meio de vídeo, enquanto os objetos virtuais podem ser projetados diretamente nos olhos sem que o usuário final tenha que olhar para um monitor para visualizar as imagens do ambiente real. Esse ambiente de interação pode ser utilizado com, por exemplo, óculos que permite visão direta ao mundo real, dispositivos de mão como celulares, tablets, etc. Visão indireta (não-imersiva): Aplicação de realidade aumentada baseada em visão indireta permite com que o usuário final possa interagir por meio de dispositivos tais como a webcam, que transmitem imagens do mundo real para a aplicação que possui realidade aumentada. Nesse ambiente o usuário final visualiza as cenas do mundo real em algum monitor ou dispositivo de projeção não sendo considerado dessa forma como um tipo de visualização direta alinhada a posições reais, dessa forma os dados recebidos pelo dispositivo são interpretados pela aplicação e em um display é demonstrado ao usuário o resultado final desse processo. O desenvolvimento da aplicação de realidade aumentada deste trabalho também é baseado no ambiente de visualização de forma indireta. 34

45 O trabalho do FLARToolKit está baseado na interseção de bitmaps entre a imagem captada pela webcam e o marcador impresso. Após o reconhecimento do marcador o FLARToolKit calcula a matriz que representa a deformação 3D da marca de detecção e a partir desse cálculo é possível realizar a interação entre o mundo real e objetos 3D com a ajuda da biblioteca de modelagem PaperVision3D Etapa 5 Utilização de Dispositivos de Hardware Para uma melhor interação entre o usuário final e a aplicação os recursos de hardware não devem obstruir os movimentos do usuário final para que dessa forma ele possa, por exemplo, interagir com as mãos livremente e manipular os objetos virtuais. Os recursos computacionais para utilização de aplicações em realidade aumentada podem ser definidos como: Dispositivos de Entrada: Correspondem aos equipamentos que permitem captura de informações do ambiente real ou fornecidas pela interação do usuário final com o equipamento, sendo essenciais para a aplicação de realidade aumentada. Dispositivos de Saída: Seu principal objetivo é demonstrar a apresentação do resultado do processamento dos dados recebidos pelos dispositivos de entrada com os dados contidos na aplicação de realidade aumentada. Segundo Kirner e Tori (2006) o ambiente computacional deverá conseguir coordenar a visualização e os sinais de entrada e saída em tempo real e todas as tarefas deverão funcionar com velocidade suficiente para assegurar o processamento dos dados em tempo real. Dessa forma a plataforma computacional para o ambiente de realidade aumentada deverá conter as características apropriadas para multimídia e realidade virtual, como, por exemplo: capacidade de processamento e transferência de mídia (imagem, som, etc.); capacidade de processamento gráfico 3D; interação em tempo real; e suporte a dispositivos não convencionais. Existem vários dispositivos que permitem a utilização de realidade aumentada, como, por exemplo, celulares, tablets, estações de trabalho, supercomputadores, computadores pessoais, etc. Para Kirner e Tori (2006) embora os computadores pessoais sejam considerados 35

46 computadores mais lentos, é interessante notar que os computadores pessoais de hoje são mais potentes que estações de trabalho de poucos anos atrás, além do custo acessível atualmente das placas gráficas para melhor desempenho de processamento de imagens. A Figura 3.7 demonstra a execução de uma aplicação de realidade aumentada em um dispositivo móvel Figura 3.7 Demonstração de realidade aumentada em dispositivo móvel. (Fonte: GARBIN; DAINESE; KIRNER, 2006). A utilização de realidade aumentada em aplicações web também permite com que o usuário final possa interagir com diferentes tipos de dispositivos tais como a webcam, teclado, mouse, joystick, etc. Esta pesquisa está baseada na utilização de realidade aumentada em aplicação web com o apoio de webcam para transmissão de imagens do ambiente real para o computador para que dessa forma a aplicação com realidade aumentada possa interpretar os dados recebidos pela webcam e realizar a mistura das imagens do ambiente real com os objetos virtuais apresentando o resultado final ao usuário final por meio de um monitor Etapa 6 Execução da Aplicação Web Para que seja possível executar a aplicação web, que possui os recursos de realidade aumentada de forma correta, o usuário final deverá ser instruído a realizar os seguintes procedimentos: 36

47 Imprimir o marcador: Ao acessar a página web, o usuário final deverá possuir acesso ao recurso na própria página, que permita a impressão do marcador que foi desenvolvido na etapa 5. Verificar dispositivos de hardware: O usuário final deverá ser instruído para verificar se os dispositivos de hardwares necessários para a utilização dos recursos de realidade aumentada como, por exemplo, a webcam, estão ligados e conectados corretamente ao computador. Execução do Flash Player: Caso o computador que o usuário final esteja utilizando para acessar a aplicação web não possua os recursos do Flash Player, instalados a aplicação deverá instruir o usuário final e apresentar os procedimentos necessários para instalar o Flash Player. Com a realização dos procedimentos mencionados anteriormente o usuário final poderá apontar o marcador impresso com as mãos ou apoiando sobre alguma superfície fixa a frente da webcam e visualizará, em tempo real, por meio da execução do Flash Player, a mistura de imagens entre o ambiente real e virtual, realizada com os recursos de realidade aumentada executados na aplicação web. Conforme o usuário final movimenta o marcador a frente da webcam uma aplicação que projeta, por exemplo, um objeto 3D, consegue identificar a posição onde o objeto deve ser apresentado no monitor em tempo real de acordo com a movimentação do marcador impresso pelo usuário final. O desenvolvimento de aplicações mais complexas pode permitir, por exemplo, além da projeção do objeto 3D, realizar a chamada para um menu interativo, execução de sons ou projeção de outros tipos de multimídia, permitindo também a utilização de outros dispositivos de entrada de dados para que a aplicação possa identificar as funções que devem ser realizadas. 3.2 Considerações Finais Este capítulo teve como objetivo principal apresentar os meios básicos necessários para utilização de realidade aumentada em uma aplicação web, separando esse processo em etapas para um melhor entendimento do desenvolvimento da aplicação. Baseando-se nessas 37

48 etapas, o capítulo apresentou as principais ferramentas que apoiam o desenvolvimento da aplicação. No capítulo 4 será demonstrada uma abordagem de realidade aumentada para o comércio eletrônico, tendo como base para o desenvolvimento, as principais ferramentas já mencionadas e as etapas desse processo. 38

49 4. APLICAÇÃO DE REALIDADE AUMENTADA PARA UM SITE DE COMÉRCO ELETRÔNICO Este capítulo apresenta os meios necessários para criação do ambiente de interação entre o usuário final e um produto comercializado por meio de um site fictício de comércio eletrônico, incorporando os recursos de realidade aumentada com base na abordagem descrita no Capítulo Ambiente de Realidade Aumentada Aplicada a um Site de Comércio Eletrônico Nesta seção o processo é baseado no desenvolvimento de um site fictício de comércio eletrônico, apresentando a comercialização de um produto e permitindo a interação entre o usuário final e a aplicação por meio de recursos de realidade aumentada. O processo foi dividido em etapas, seguindo a abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para web apresentada no Capítulo 3, possibilitando dessa forma uma melhor compreensão das etapas necessárias para implementação de realidade aumentada no site de comércio eletrônico. Figura 4.1 Etapas da abordagem de realidade aumentada para o comércio eletrônico (Fonte: Autor). 39

50 A Figura 4.1 ilustra a abordagem de aumentada para o comércio eletrônico e suas respectivas etapas, relacionando as ferramentas utilizadas em cada uma delas com base na abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para web apresentada no Capítulo 3. A execução das etapas da abordagem de realidade aumentada para o comércio eletrônico tem como objetivo atingir o resultado final demonstrado na Figura 4.2, onde é ilustrada a interação entre o usuário final e o produto fictício com a utilização de realidade aumentada no site desenvolvido. Figura 4.2 Demonstração do ambiente de interação entre o usuário e o produto fictício (Fonte: Autor) Etapa 1 Desenvolvimento do Site de Comércio Eletrônico A internet pode ser considerada um dos meios mais influentes para a difusão da comunicação global entre pessoas e empresas. Para Tigre e Dedrick (2003), do ponto de vista econômico, o potencial da internet é refletido principalmente por meio do comércio eletrônico, permitindo o fortalecimento desse meio de comunicação com compartilhamento de redes, arquivos e equipamentos além do conhecimento tecnológico e canais de distribuição. A expansão do comércio eletrônico está diretamente ligada à melhoria da infraestrutura de telecomunicações e ao aumento de consumidores que passaram a possuir melhores condições para adquirir os equipamentos necessários para o acesso à internet. 40

51 Segundo Felipini (2006) os compradores antigos também estão comprando com mais frequência indicando que o ato de comprar pela internet deixa de ser uma novidade para se tornar um hábito. A constante expansão do comércio eletrônico exige que as empresas estejam sempre em busca de novas tecnologias com o intuito de manter e obter novos clientes. O crescimento do comércio eletrônico é acompanhado pelo aumento de conhecimento dos usuários que se tornam cada dia mais exigentes. Com base nesse ambiente, pode-se aplicar a utilização de realidade aumentada permitindo ao usuário melhor compreensão das informações apresentadas e maior interação, possibilitando a expansão de negócios por meio do comércio eletrônico. Para que o ambiente de realidade aumentada pudesse ser criado para fins de validação teórica da abordagem apresentada no Capítulo 3, foi necessário primeiramente desenvolver o site fictício de comércio eletrônico, considerado como a base para realização das demais etapas do processo. Para o desenvolvimento do site foram realizados os seguintes procedimentos: Desenvolvimento da página HTML: O site fictício de comércio eletrônico foi desenvolvido baseado em uma página HTML simples, possibilitando o usuário final à visualização do produto comercializado. O site também apresenta os recursos necessários para utilização de realidade aumentada e suas respectivas instruções para utilização, que serão demonstradas no decorrer de cada etapa da abordagem de realidade aumentada para o comércio eletrônico. Utilização de CSS (Cascading Style Sheets): Para um melhor gerenciamento dos dados contidos na página HTML foram utilizados os recursos de CSS para definição das regras de formatação aplicadas aos elementos da marcação do site. Com isso foi criado um arquivo denominado estilo.css que contém todos os dados necessários para o controle dos elementos apresentados na página HTML. Utilização de Lightbox: Para visualização das imagens do produto foram utilizados os recursos de Lightbox, que é um script desenvolvido na linguagem JavaScript e distribuído gratuitamente, permitindo a sobreposição de imagens na página atual, com o objetivo de apresentar o produto ao usuário final quando o mesmo não desejar utilizar realidade aumentada. 41

52 Conteúdo do site: O site deve disponibilizar ao usuário final informações para o modo de uso da realidade aumentada com o produto fictício apresentado. Para isso algumas instruções foram apresentadas na página como, por exemplo, verificação do dispositivo de webcam para garantir que o mesmo esteja funcionando corretamente antes de utilizar os recursos de realidade aumentada, além do modo de ativação do Flash Player e instruções para impressão do marcador. A Figura 4.3 ilustra campo que compõe o site fictício de comercio eletrônico com as instruções para utilização de realidade aumentada com o produto comercializado. Figura 4.3 Instruções para utilização de realidade aumentada apresentada no site fictício (Fonte: Autor). Para que os recursos de realidade aumentada possam ser utilizados pelo usuário final, o site de comércio eletrônico demonstra a venda de um produto fictício definido para essa abordagem, como um brinquedo infantil (Miniatura de um Tanque de Guerra). A Figura 4.4 apresenta o resultado final do desenvolvimento do site, com as informações do produto comercializado e o conteúdo necessário para utilização de realidade aumentada, que será incorporado na página HTML desenvolvida e será apresentado na etapa de criação do ambiente de realidade aumentada. 42

53 Figura 4.4 Demonstração do produto comercializado no site fictício de comércio eletrônico (Fonte: Autor) Etapa 2 Desenvolvimento do Marcador Duas ferramentas foram necessárias para o desenvolvimento do marcador, sendo a primeira o Corel Draw, que foi utilizado para criar a figura abstrata que será detectada pelos recursos de realidade aumentada inclusos no site fictício de comércio eletrônico, obedecendo às regras apresentadas na abordagem de desenvolvimento baseada em realidade aumentada para web. Baseando-se na abordagem, a figura inclusa no marcador deve possuir forma diferente a cada movimentação realizada pelo usuário final, para que os recursos de realidade aumentada possam interpretar corretamente a direção real de onde o objeto 3D deve ser apresentado. A Figura 4.5 ilustra o exemplo de marcador criado com o aplicativo Corel Draw onde segundo Kirner e Tori (2006) deve apresentar uma moldura retangular e com um símbolo 43

54 marcado em seu interior, permitindo dessa forma o uso de técnicas de visão computacional para calcular a posição real da câmera e sua orientação em relação ao marcador. Figura 4.5 Exemplo de marcador que será utilizado pelo usuário e reconhecido pela aplicação web (Fonte: Autor). Com a criação do marcador, o segundo passo é possibilitar a sua detecção pelo site fictício de comércio eletrônico, que contém os recursos de realidade aumentada. Para isso fezse necessária a utilização do aplicativo ARToolKit Marker Generator para criação do arquivo que contém os dados necessários para o reconhecimento da biblioteca de realidade aumentada FLARToolKit. Para que o aplicativo possa ser utilizado, primeiramente é necessário que a figura criada com auxílio do aplicativo Corel Draw seja impressa em uma folha de papel indicada preferencialmente no tamanho A4. A impressão da figura na folha de papel deve apresentar uma imagem nítida, facilitando o reconhecimento pelo aplicativo ARToolKit Marker Generator, nada impede que a folha de papel seja recortada descartando a área branca ao redor da figura impressa, porém alguns cuidados devem ser tomados para que não haja obstrução de qualquer parte da figura, permitindo com que dessa forma o aplicativo possa reconhecer os quatro cantos da moldura. Com a impressão do marcador na folha de papel é possível executar o aplicativo ARToolKit Marker Generator, que para sua correta utilização é necessário que o computador possua instalado o Adobe AIR, que permite a utilização de aplicações desktop com as tecnologias de desenvolvimento de páginas web, sua distribuição é gratuita e seu download pode ser realizado por meio do site oficial da Adobe. Antes de executar o aplicativo 44

55 ARToolKit Marker Generator é necessária verificação da webcam conectada ao computador, confirmando se a mesma está em correto funcionamento e disponível para utilização, com isso o aplicativo consegue detectar a webcam da forma como é ilustrado na Figura 4.6. Figura 4.6 Demonstração da execução do aplicativo ARToolKit Marker Generator com reconhecimento da webcam conectada ao computador (Fonte: Autor). Com a detecção da webcam pelo aplicativo, o próximo passo é apontar o marcador impresso para que seja possível o reconhecimento pela aplicação. Ao lado do menu que apresenta as opções de webcam disponíveis, existe o recurso Save Pattern, que é apresentado desabilitado enquanto o aplicativo não conseguir reconhecer o marcador impresso para permitir salvar o arquivo padrão. Deve-se levar em consideração que para uma correta interpretação do marcador pela aplicação, essa etapa do processo não deve ser realizada em um ambiente com pouca luminosidade, reduzindo dessa forma qualquer dificuldade do aplicativo para detecção do marcador. A Figura 4.7 ilustra o momento em que é apontado o marcador impresso à frente da webcam com a utilização do aplicativo ARToolKit Marker Generator, onde ao realizar o reconhecimento da moldura, o aplicativo apresenta um contorno em vermelho indicando que a figura foi reconhecida. Nesse momento o recurso Save Pattern é apresentado como habilitado, permitindo salvar o arquivo padrão de reconhecimento do marcador. 45

56 Figura 4.7 Demonstração da utilização do ARToolKit Marker Generator (Fonte: Autor). No momento em que o recurso Save Pattern é utilizado, o aplicativo ARToolKit Marker Generator congela a imagem detectada, permitindo dessa forma salvar os dados reconhecidos em um arquivo com a extensão (.pat), que armazenará as informações necessárias para detecção pela biblioteca FLARToolKit, implementada no site fictício de comércio eletrônico. O arquivo criado foi salvo com a denominação marcador.pat, que será utilizada em funções apresentadas na etapa de criação do ambiente de realidade aumentada Etapa 3 Modelagem do Objeto 3D Para modelagem do objeto 3D foi utilizado o aplicativo Swift 3D, onde foi criado o produto infantil definido para utilização no site fictício de comércio eletrônico. O aplicativo Swift 3D possui a função que permite exportar o objeto 3D criado para o tipo de arquivo Collada (.dae), denominado como objeto.dae para padronizar sua localização pelos demais arquivos, que contém a configuração do ambiente de realidade aumentada no site de comércio eletrônico. A Figura 4.8 demonstra o ambiente de desenvolvimento do produto infantil fictício utilizado no site de comercio eletrônico, após sua criação foi utilizado o recurso Export Scene To PaperVision3D para exportar o objeto 3D criado para o formato collada (.dae). 46

57 Figura 4.8 Demonstração da modelagem do objeto 3D com o aplicativo Swift 3D (Fonte: Autor). Ao exportar o objeto 3D para o formato collada (.dae) o aplicativo Swift 3D também cria os arquivos em Flash com extensão (.fla) e Action Script com extensão (.as) para permitir a interação com a biblioteca PaperVision3D. Porém para este projeto faz-se necessário apenas a utilização do arquivo collada (.dae) e as respectivas imagens criadas no formato (.jpg) vinculadas ao conteúdo do objeto 3D, uma vez que o desenvolvimento dos arquivos Flash e Action Script serão apresentados na etapa de criação do ambiente de realidade aumentada Etapa 4 Criação do Ambiente de Realidade Aumentada Após a conclusão das etapas anteriores juntamente com a realização do desenvolvimento do site fictício de comércio eletrônico, do marcador e da modelagem do objeto 3D, é possível então criar o ambiente de realidade aumentada para permitir a interação entre o usuário final e o produto que será apresentado no site. Para criação desse ambiente foram realizados os seguintes procedimentos: Implementação das funções necessárias para execução do arquivo AC_RunActiveContent.js na página HTML desenvolvida O principal arquivo do site de comércio eletrônico que contém as funções necessárias para apresentar o produto fictício ao usuário final com os recursos de realidade aumentada é denominado como index.html. Este arquivo é apresentado no Apêndice A, ele possui uma função para solicitar a execução de dados contidos no arquivo AC_RunActiveContent.js, de propriedade da empresa Adobe Systems Incorporated, e responsável pelo controle de execução de arquivos com a extensão 47

58 (.swf), que possuem suporte para o Adobe Flash Player e Adobe AIR, arquivos do tipo (.swf) permitem utilizar gráficos vetoriais, texto, vídeo, webcam e som em ambiente desktop e principalmente por meio de internet. A Figura 4.9 ilustra o resultado da execução das funções responsáveis pela conexão com o arquivo AC_RunActiveContent.js, que executa o aplicativo Adobe Flash Player no site fictício de comércio eletrônico. É por meio dessa conexão que o site consegue executar o arquivo Flash (.swf). Figura 4.9 Demonstração da execução do Adobe Flash Player (Fonte: Autor). Download e configuração da biblioteca FLARToolKit Após a realização do desenvolvimento do site fictício de comércio eletrônico é então possível realizar o download da biblioteca FLARToolKit 5. O arquivo que contém os dados da biblioteca FLARToolKit também apresenta alguns exemplos prontos para utilização de realidade aumentada com objetos 3D no formato collada (.dae), além do marcador disponível para impressão. Os dados contidos no arquivo Earth.as, que é um dos exemplos disponíveis com a biblioteca FLARToolKit, serão utilizados como base para desenvolvimento do arquivo RealidadeAumentada.as, que será utilizado no site fictício de comércio eletrônico. As pastas DATA, ORG e os arquivos ARAppBase.as e PV3DARApp.as também pertencentes à biblioteca FLARToolKit, devem ser salvos na raiz do local 5 Disponível para download em: <http://www.libspark.org/wiki/saqoosha/flartoolkit/downloadlist> 48

59 onde está localizado o conteúdo criado na etapa de desenvolvimento do site de comércio eletrônico. Criação do arquivo RealidadeAumentada.fla Para que seja possível criar arquivos com a extensão (.fla) é necessário utilizar o Adobe Flash, que permite o desenvolvimento de aplicações em Flash com o apoio de linguagem Action Script para ambiente desktop ou internet. Com a utilização do Adobe Flash é possível criar um novo documento com o recurso New Document, onde é criado um arquivo com extensão (.fla) denominado para este projeto como RealidadeAumentada.fla. Após a criação do documento é possível acessar o campo de propriedades e definir o nome da classe como RealidadeAumentada, que será responsável por executar as funções para utilização do ambiente de realidade aumentada contidas no arquivo RealidadeAumentada.as. Ainda em propriedades do documento, o campo profile possui a opção edit... para definir os formatos de arquivos vinculados ao documento Flash criado. Para este projeto foi definido o vínculo com o arquivo RealidadeAumentada.swf que é criado automaticamente pelo aplicativo Adobe Flash após utilizar a opção Debug Movie. Em ambientes onde não for possível utilizar a ferramenta Adobe Flash para desenvolvimento do arquivo Flash, é possível utilizar um dos arquivos de exemplo contidos na biblioteca FLARToolKit e realizar apenas a edição do arquivo com o conteúdo em Action Script (.as). Desenvolvimento do arquivo RealidadeAumentada.as O arquivo RealidadeAumentada.as apresentado no Apêndice B contém as funções necessárias para visualização do arquivo tipo collada (.dae), criado durante a modelagem do objeto 3D. Para projetos mais complexos é possível adicionar bibliotecas para executar funções como, por exemplo, execução de música junto à apresentação do objeto 3D entre outros tipos de interação. Este arquivo possui incorporada a função para definir relação de herança com o arquivo PV3DARApp.as, que por sua vez possui função para relacionamento com o arquivo ARAppBase.as, responsável pela definição dos parâmetros de configuração e utilização da biblioteca FLARToolKit, gerenciando todos os seus aspectos incluindo entrada de vídeo, detecção do marcador, etc. Essa é a forma 49

60 padrão como os arquivos responsáveis pela utilização da biblioteca FLARToolKit são distribuídos, porém nada impede que o conteúdo dos três arquivos mencionados sejam incorporados em um único arquivo definindo todas as funções para utilização de realidade aumentada. O arquivo RealidadeAumentada.as é baseado no desenvolvimento em linguagem Action Script, da plataforma Adobe Flash, e disponível para edição por meio de qualquer outro aplicativo que possua os recursos necessários para o mesmo. Os arquivos RealidadeAumentada.as e RealidadeAumentada.fla devem ser salvos no mesmo local onde está localizado o conteúdo criado na etapa de desenvolvimento do site fictício de comércio eletrônico. Configuração para reconhecimento do marcador Com o arquivo RealidadeAumentada.as criado é então possível definir os comandos para reconhecimento do marcador. No arquivo existe o comando this.init('data/camera_para.dat', 'Data/marcador.pat');, que define o caminho onde estão localizados os arquivos camera_para.dat e marcador.pat. O arquivo camera_para.dat contém as configurações de propriedade da webcam, definidas para reconhecimento do FLARToolKit, sendo executadas a cada vez que a aplicação de realidade aumentada é iniciada, o arquivo marcador.pat é o arquivo que contém os dados criados na etapa de desenvolvimento do marcador, ambos os arquivos estão localizados na pasta DATA mencionada na etapa de configuração da biblioteca FLARToolKit. Configuração para reconhecimento do objeto 3D Assim como as configurações realizadas para detecção do marcador, o reconhecimento do objeto 3D é definido no arquivo RealidadeAumentada.as, onde por meio do comando produto.load("objeto/objeto.dae"); define-se a localização do objeto 3D denominado na etapa de modelagem do objeto 3D como objeto.dae, reconhecido pela biblioteca PaperVision3D, e vincula sua execução junto a variável de programação definida como produto. Assim como a localização para todos os arquivos necessários para criar o ambiente de realidade aumentada, o arquivo objeto.dae contido na pasta objeto, está localizado no mesmo local onde está o conteúdo criado na etapa de desenvolvimento do site fictício de comércio eletrônico. 50

61 Verificação dos procedimentos realizados A Figura 4.10 ilustra o ambiente onde estão localizados todos os arquivos e pastas apresentados nos procedimentos necessários para criação do ambiente de realidade aumentada. Figura 4.10 Ilustração do ambiente que contém os arquivos da abordagem (Fonte: Autor). Para que o site fictício de comércio eletrônico possa utilizar corretamente os recursos de realidade aumentada, todos os arquivos necessários para sua correta execução devem estar dispostos conforme apresentado na Figura Dessa forma no momento em que o usuário final realizar acesso ao site, o processo será executado de forma correta, solicitando a execução de cada arquivo ou função conforme descritos nos procedimentos da etapa de criação do ambiente de realidade aumentada Etapa 5 Execução do Site de Comércio Eletrônico Com a execução correta de todas as etapas apresentadas, desde o desenvolvimento do site fictício de comércio eletrônico até a criação do ambiente de realidade aumentada, o 51

62 usuário final pode então realizar a interação entre o ambiente real e virtual, com base nos seguintes procedimentos: Acessar o site No momento em que o usuário final acessar o site poderá visualizar o conteúdo completo da página incluindo os dados do produto e sua forma de visualização conforme ilustrado na Figura Figura 4.11 Ilustração da visualização inicial do usuário ao acessar o site fictício de comercio eletrônico (Fonte: Autor). Visualização de imagens do produto sem a utilização de realidade aumentada Caso o usuário final não deseje visualizar o produto com os recursos de realidade aumentada, o site disponibiliza acesso para visualização de imagens estáticas do produto como é demonstrado na Figura 4.12, a única opção disponível para o usuário final se desejar verificar o produto desse modo é a de avançar ou retroceder com os respectivos recursos Next e Prev entre as três imagens disponíveis. 52

63 Figura 4.12 Demonstração da visualização de imagens estáticas do produto (Fonte: Autor). Verificação das instruções para utilização de realidade aumentada Se o usuário final desejar visualizar o produto com os recursos de realidade aumentada, o site apresenta instruções para seu modo de utilização conforme ilustrado na Figura 4.13, onde o primeiro passo é verificar se a webcam está funcionando corretamente e disponível para utilização no site. Figura 4.13 Instruções para visualização do produto com utilização de realidade aumentada (Fonte: Autor). 53

64 Impressão do marcador O próximo passo é imprimir o marcador utilizando o recurso Clique Aqui Para Imprimir, apresentado para usuário final no site, permitindo com que seja realizada a impressão do marcador que será apontado pelo usuário final a frente da webcam, conforme instruções do passo 3 ilustrado na Figura A Figura 4.14 demonstra a visualização do marcador para impressão após utilizar o recurso de impressão disponível no site de comércio eletrônico. Figura 4.14 Visualização do marcado para impressão em folha de tamanho A4 (Fonte: Autor). Ativação do Flash Player Com a impressão do marcador o usuário final pode então ativar o recurso de Flash Player, disponível no site fictício de comercio eletrônico, onde ao clicar em Permitir, o aplicativo realiza conexão com a webcam conforme ilustrado na Figura

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