LARISSA DANTAS VILAÇA USO DA REALIDADE AUMENTADA X REALIDADE VIRTUAL NO ENSINO

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1 LARISSA DANTAS VILAÇA USO DA REALIDADE AUMENTADA X REALIDADE VIRTUAL NO ENSINO LONDRINA PR 2017

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3 LARISSA DANTAS VILAÇA USO DA REALIDADE AUMENTADA X REALIDADE VIRTUAL NO ENSINO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Bacharelado em Ciência da Computação da Universidade Estadual de Londrina para obtenção do título de Bacharel em Ciência da Computação. Orientador: Alan S. Felinto LONDRINA PR 2017

4 Larissa Dantas Vilaça Uso da Realidade Aumentada x Realidade Virtual no Ensino/ Larissa Dantas Vilaça. Londrina PR, p. : il. (algumas color.) ; 30 cm. Orientador: Alan S. Felinto Universidade Estadual de Londrina, Palavra-chave1. 2. Palavra-chave2. I. Orientador. II. Universidade xxx. III. Faculdade de xxx. IV. Título CDU 02:141:005.7

5 AGRADECIMENTOS

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9 DANTAS VILAÇA, N. A.. Uso da Realidade Aumentada x Realidade Virtual no Ensino. 36 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Ciência da Computação) Universidade Estadual de Londrina, Londrina PR, RESUMO Com os avanços tecnológicos ocorreu uma mudança de paradigma na forma do aprendizado. O grande desafio nesta Era Digital é saber como escolher as informações, definir o que é relevante, saber validar as fontes de pesquisa, ou seja, não é mais como obter as informações, mas como conseguir construir um conhecimento a partir delas. Este trabalho tem como objetivo avaliar o uso das tecnologias de Realidade Virtual e Aumentada no Ensino, por meio de um questionário, elaborado com base na literatura, para avaliar a presença das vantagens de cada tecnologia num software voltado ao ensino. Palavras-chave: Realidade Aumentada,Realidade Virtual, tecnologias no ensino

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11 DANTAS VILAÇA, N. A.. Use of Augmented Reality x Virtual Reality in Teaching. 36 p. Final Project (Bachelor of Science in Computer Science) State University of Londrina, Londrina PR, ABSTRACT With the tecnologics advances ocurred a change of paradigm on the learning.the big challenge in this digital age is to know how to choose the informations, define what is relevant, know how to validate the fonts of searching,in other words, isn t more how get the information, but how can build a knolodge with them. This paper wil aim to evaluate the use of Virtual and Augmented Reality in teaching with an questionnaire elaborated based on literature, to evaluate the presence of the advantages of each technology. Keywords: Augmented Reality, Virtual Reality, technologies in teaching

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13 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 Sensorama Figura 2 The Sword of Democles

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15 LISTA DE TABELAS

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17 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS RV RA HMD MIT SSCI Realidade Virtual Realidade Aumentada Head Monted Display Massachusetts Institute of Technology Instituto de Tecnologia de Massachusetts Social Science Citation Index

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19 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Métodos de Ensino Tradicional Construtivista Realidade Virtual Conceitos e Definição Breve Histórico Tecnologias em Realidade Virtual Head Monted Display CAVE Dispositivos de Entrada Wired GLoves Varinhas Visão Computacional Realidade Virtual e o ensino Realidade Aumentada Conceitos Breve Histórico Tecnologias em Realidade Aumentada Realidade Aumentada e o ensino DESENVOLVIMENTO Levantamento das vantagens de uso no ensino Realidade Virtual Realidade Aumentada Listas de boas práticas Questionário Realidade Virtual Realidade Aumentada ESTUDO DE CASO Análise software Realidade Aumentada Análise software Realidade Virtual CONTRIBUIÇÕES E TRABALHOS FUTUROS

20 REFERÊNCIAS

21 19 1 INTRODUÇÃO Com os avanços tecnológicos ocorreu uma mudança de paradigma na forma do aprendizado[1] e no mercado de trabalho. Segundo [2] estudos internacionais apontam que até 2034 cerca de 47% dos empregos existentes serão automatizados até 2034[3] e o fórum econômico mundial[4] afirma que cerca de 65% dos alunos que estão no ensino infantil trabalharão em profissões que ainda não foram criadas,ou seja, os estudantes precisam se preparar para vagas de emprego que ainda não existem. O grande desafio nesta Era Digital é saber como escolher as informações, definir o que é relevante, saber validar as fontes de pesquisa, ou seja, não é mais como obter as informações, mas como conseguir construir um conhecimento a partir delas. Segundo Mario Cortella em [5] [...] Informação é cumulativa, conhecimento é seletivo"[..], por isto o métodos de ensino completamente passivos deixaram de ser interessante para os alunos que possuem um contato direto com a tecnologia e para o mercado de trabalho. Segundo [1] a principal característica de um ambiente digital é que torna o processo de aprendizado ativo. Por isto, torna-se necessário o desenvolvimento de novas ferramentas de ensino para acompanhar esta mudança. Ao contrário do método de ensino tradicional, no qual possui o aluno como um agente passivo no processo de aprendizagem, o método de ensino construtivista, coloca o aluno como um agente ativo no processo de aprendizagem. Em [6] Martha dá como dica o uso da tecnologia como habilitação para novas propostas de ensino.logo, o desenvolvimento de softwares educativos para auxiliar o ensino, é uma forma de ajudar o professor à desenvolver uma aula focada no aluno como agente ativo neste processo. Este trabalho, tem como objetivo avaliar o uso das tecnologias de Realidade Virtual e Aumentada no Ensino, por meio de um questionário,que será elaborado com base na literatura, que avalia a presença das vantagens de cada tecnologia num software voltado ao ensino. Será aplicado um questionário em um estudo de caso para avaliar 2 softwares, um em Realidade Aumentada e outro em Realidade Virtual, com foco no ensino de tipos de relevos.

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23 21 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Neste capítulo são expostos os diversos tópicos, de diferentes áreas de conhecimentos, estudados para realizar este trabalho. 2.1 Métodos de Ensino No processo de ensino-aprendizagem tem pelos menos dois agentes, o professor e o aluno, que conforme o método de ensino utilizado a relação entre aluno-professor irá alternar entre agente passivo e agente ativo Tradicional O método de ensino Tradicional é um dos mais utilizados pelos professores no ensino. Neste método, o professor é o agente ativo que repassa o seu conhecimento por meio de aulas expositivas. Em métodos de ensino deste tipo, o professor, assume o papel central no aprendizado sendo o responsável de preparar o conteúdo e definir como será ministrado ao alunos. Aos alunos cabe o papel de ouvir a explicação do professor, que por ser puramente teórica, dificulta a explicação e, consequentemente a compreensão da parte prática da teoria exposta pelo professor. [7] Este método poderia ser comparado com um banco, onde o professor deposita o seu conteúdo nos alunos que o aceitam, sem pensar em que realmente significa este conteúdo, e devem fixar, memorizar e repetir. Por não compreenderem o que realmente significa este conteúdo, os alunos, não são capazes de adaptarem o que aprendem, por isso não desenvolvem o seu senso crítico e a sua criatividade.[8] Construtivista O método Construtivista é um método de ensino utilizado muitas vezes como um complemento de ensino Tradicional ou como o único método aplicado pelo professor. Neste método, o aluno é colocado como o agente ativo no processo de ensino-aprendizagem e o professor assume o papel de orientador. Por isto, aluno torna-se também responsável de construir o seu conhecimento através de pesquisas para compreender melhor o conteúdo. Segundo [7] este método baseia-se na concepção de Freire da educação problematizadora. O professor prepara a aula, apresenta e reflete com os seus alunos sobre o conteúdo, contribuindo com o desenvolvimento do seu senso critico.[8]

24 Realidade Virtual Conceitos e Definição A Realidade Virtual por ser um conceito em evolução é definida de diversas formas pelos pesquisadores conforme a época e o ponto de vista do pesquisador. Segundo [??] em "Virtual Reality Technology"de 1994, a Realidade Virtual é definida como uma interface homem-máquina de ultima geração que envolve simulação em tempo real e interações através de múltiplos canais sensoriais. Estes canais são auditivo, visual, tátil, sonoro e paladar. Em 2007, [9] a define como um sistema computacional utilizado para criar um ambiente artificial em que o usuário tem a sensação de estar dentro deste mundo e, pode caminhar pelo mundo e interagir de forma natural e intuitiva com os objetos dele. Já [10] define a RV como "Inducing targeted behavior in an organism by using artificial sensory stimulation, while the organism has little or no awareness of the interference."indução de comportamento no indivíduo por meio de estímulos sensoriais artificiais, enquanto o organismo tem nenhuma ou quase nenhuma consciência da interferência.[10] Breve Histórico Para compreender melhor o desenvolvimento da Realidade Virtual que conhecemos atualmente, será apresentado um breve histórico de sua evolução. Acredita-se que uma das primeiras tentativas de criar a realidade virtual foi o Estereoscópio criado pelo físico Sir Charles Wheatstone em 1838.[11][12] Porém a RV como conhecemos, só começou a se desenvolver entre 1950 e Não existe um consenso entre os pesquisares de quem foi seu inventor, mas se estivermos nos referindo a quem inventou a primeira experiência em realidade virtual então seu inventor é o cinegrafista Morton Heilig. Em 1956, ele criou o Sensorama que foi patenteado em O Sensorama é um dispositivo que permite um experiência multi-sensorial. Ele encorpora os cheiros, os sons, as vibrações, visão e os ventos para trazer a experiência de realidade virtual ao usuário,como por exemplo, andar em uma motocicleta por Manhattan. [13][14] Em 1961,os engenheiros da Philco Comeau e Bryan, criaram um HMD, cujo movimento da câmera era controlado pelo movimento da cabeça, permitindo a implementação de telepresença por vídeo.[14] Em 1963, Ivan Sutherland apresentou sua tese de doutorado no MIT chamada Sketchpad, a Man-Machine Graphical Communication System [15], demonstrando pela primeira vez o uso da computação gráfica interativa ao mundo. O sistema é operado por

25 23 Figura 1 Sensorama meio de uma caneta óptica, que permite realizar desenhos e seleções na tela, e um teclado para realizar as operações de desenho e seleção. No ano de 1965 Sutherland no seu trabalho intitulado "The ultimate Display"[16], ele explica o conceito de display no qual o usuário poderia interagir com os objetos em algum mundo que não necessariamente segue as leis da física do mundo real e possuiria todas as sensações visuais, sonoras e táteis. Ele também afirma que, se fosse corretamente programado, este display, poderia ser o mundo do país das maravilhas que Alice andou. Considerado como o primeiro HMD de Realidade Virtual, The Sword of Damocles, apresentado por Sutherland em 1968 em seu artigo A Head-Mounted Three Dimensional Display [17], onde descreve o desenvolvimento de um HMD estereoscópico rastreável, onde são projetadas imagens separadas em cada olho e possui rastreadores de cabeça mecânicos e ultrassônicos.[14].neste trabalho é introduzido o conceito de imersão. Figura 2 The Sword of Democles Até o momento, era necessário o usuário estar utilizando algum equipamento no

26 24 seu corpo para rastrear os movimentos. Até que em 1976, segundo [18] citado por [14], o protótipo do Videoplace de Myron Krueger é finalizado. O Videoplace utiliza-se de câmeras e de outros tipos de dispositivos para criar um mundo virtual controlado pelos movimentos do usuário. Em 1977, a luva Dataglove é desenvolvida,mas só sendo lançada comercialmente somente em 1985, contribuindo para os aspectos multi-sensoriais da Realidade Virtual. Foi 1989, que Jaron Lanier, cientista da computação, cunhou o termo Realidade Virtual, como alternativa a termos semelhantes como mundo virtual e realidade artificial.[19] Na década de 90, com a popularização dos video games, começaram a serem desenvolvidos diversos jogos usando a RV para dar ao usuário uma experiência totalmente imersiva. Em 1995, a Nintendo lançou o Virtual Boy, entretanto não fez sucesso devido ao seu alto custo, sua baixa qualidade gráfica que prejudica a experiência de imersão no jogo e a posição nada confortável em que o usuário ficava.[11] Neste ano ficou claro que devido a tecnologia da época e ao seu auto custo, não foi possível desenvolver todo o seu potencial. A RV acabou sendo deixada de lado durante um tempo, entretanto com os avanços tecnológicos durante os anos e com o surgimento da necessidade de criar softwares com um maior nível de imersão do usuário. A RV voltou a ser desenvolvida novamente em 2010, quando o adolescente Palmer Luckey criou o primeiro protótipo de um headset RV que evoluiria e se tornaria o Oculus Rift. Em 2012, lançou uma campanha no kickstarter para levantar fundos para financiar a sua comercialização. Houve um enorme interesse no seu projeto que arrecadou em torno de 2.4 milhões de dólares; a industria tecnológica voltou a mostrar interesse pela Realidade Virtual. ois anos depois, Mark Zuckenberg, gostou tanto do Rift que comprou a companhia por 2 bilhões de dólares. Após estes acontecimentos começaram a surgir diversas empresas que desenvolveram headset super avançados e mais caros, mas não tão caros em comparação com os desenvolvidos entre as décadas de 80 e 90 que custavam em torno de 50 mil dólares[11], como o Oculus Rift, HTC Live e o PlaystationVR. Mas também surgiram headsets RV que utilizam o celular para funcionar, como o SamsungVR, o VirtualBox, o Google Cardboard que permitem experienciar o RV a um custo mais acessível.[13][12] Tecnologias em Realidade Virtual Segundo [20] há muitos dispositivos de RV. São descritas as tecnologias mais comuns de Realidade Virtual e os métodos de entrada para captar os movimentos do usuário.

27 Head Monted Display CAVE Dispositivos de Entrada Wired GLoves Varinhas Visão Computacional Realidade Virtual e o ensino Segundo [9] os pesquisadores apontam como principais vantagens da utilização de técnicas de RV para fins educacionais, os seguintes itens: Motivação de estudantes e usuários de forma geral, baseada na experiência de 1 a pessoa vivenciada pelos mesmos; Grande poderio de ilustrar características e processos, em relação a outros meios multimídia; Permite visualizações de detalhes de objetos; Permite visualizações de objetos que estão a grandes distâncias, como um planeta ou um satélite; Permite experimentos virtuais, na falta de recursos, ou para fins de educação virtual interativa; Permite ao aprendiz refazer experimentos de forma atemporal, fora do âmbito de uma aula clássica; Porque requer interação, exige que cada participante se torne ativo dentro de um processo de visualização; Encoraja a criatividade, catalisando a experimentação; Provê igual oportunidade de comunicação para estudantes de culturas diferentes, a partir de representações; Ensina habilidades computacionais e de domínio de periféricos 2.3 Realidade Aumentada Conceitos A Realidade Aumentada (RA) pode ser definida como uma variação dos ambientes virtuais. Ela é o meio termo entre o ambiente virtual(completamente sintético) e a telepresença(completamente real).[21]

28 26 Para evitar que fosse limitada pela tecnologia foi definido que para ser considerada como um sistema em Realidade Aumentada deve ter as seguintes características[21]: Integrar o mundo virtual com o mundo real. Ser interativo em tempo real. Utiliza objetos em 3D. A RA permite a integração entre o real e o virtual. Esta integração permite um interface com dados e imagens virtual mais natural Breve Histórico Terá um breve histórico do surgimento do tecnologia Tecnologias em Realidade Aumentada Será semelhante a de Realidade Virtual com algumas alterações Realidade Aumentada e o ensino O artigo de [4] apresenta uma revisão bibliográfica de 68 artigos do SSCI, que faz um levantamento nos artigos estudados. Dos artigos estudados foram levantadas as vantagens no uso da realidade aumentada: As vantagens levantadas dividas nas seguintes categorias foram : Resultado dos Alunos Melhora os resultados de aprendizagem Melhora a motivação para aprender Ajuda os aluno à entender Melhora a satisfação Melhora a confiança Melhora a habilidade espacial Contribuições Pedagógicas Aumento o nível de engajamento Aumenta o interesse

29 27 Fornece oportunidades de cooperação para os estudantes Facilita a comunicação entre o professor e o estudante promove a auto aprendizagem Combina o mundo físico e o mundo virtual Permite os alunos a aprenderem fazendo Tecnologia centrada no aluno Permite a aprendizagem multi - sensorial(com som, imagens ) Permite que os alunos recebam rapidamente informações Interação Promove a oportunidade de interação entre os estudantes estudante - matéria estudante - professor Outros Permite a visualização de conceitos invisíveis, eventos e conceitos abstratos RA é fácil de ser utilizada pelos estudantes Reduz o custo do material de laboratório

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31 29 3 DESENVOLVIMENTO 3.1 Levantamento das vantagens de uso no ensino Realidade Virtual Realidade Aumentada 3.2 Listas de boas práticas Conterá as listas de boas práticas em realidade aumentada e virtual 3.3 Questionário Usando a escala de Likert será feito o questionário de avaliação do uso da tecnologia AR e VR verificando se está sendo obtidas as vantagens levantadas na literatura Realidade Virtual Realidade Aumentada

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33 31 4 ESTUDO DE CASO Este capítulo será descrito o estudo de caso dos softwares em RV e AR. Será feita avaliação utilizando o questionário de vantagens da RV e da AR feito com base na litura. 4.1 Análise software Realidade Aumentada 4.2 Análise software Realidade Virtual Resultado da aplicação dos questionários Analise técnica usando as listas de boas práticas de AR e VR Analise dos resultados com o parecer de qual dos softwares foi o mais adequado para o ensino de tipos de relevo segundo o especialista

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35 33 5 CONTRIBUIÇÕES E TRABALHOS FUTUROS Espera-se contribuir com um questionário do uso da realidade virtual e aumentada em um software educativo com base nas vantagens da tecnologia no ensino que poderão ser utilizados como métricas na avaliação de softwares em Realidade Virtual e Aumentada com foco no ensino. Espera-se também contribuir com a sociedade com um software educativo que torne o ensino de tipos de relevos mais dinâmico e interessante. Como trabalho futuro seria a atualização e a validação dos softwares com uma turma de alunos.

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37 35 REFERÊNCIAS [1] CARON, A. Martha Gabriel fala sobre tecnologia e educação na Era Digital à Revista TecEduc Disponível em: " [2] SENAC. Educadores abordam desafios e soluções do ensino na era digital Disponível em: " [3] FREY, C. B.; OSBORNE, M. A. The future of employment. How susceptible are jobs to computerisation, [4] THE Future of Jobs and Skills Disponível em: " [5] MILANEZ, C. Educar na era do aprendizado contínuo é desafio para as escolas e professores Disponível em: " -para-as-escolas-e-professores.htm". [6] CARON, A. Martha Gabriel dá dicas para uso da tecnologia na educação Disponível em: " [7] KRÜGER, L. M. et al. Método tradicional e método construtivista de ensino no processo de aprendizagem: uma investigação com os acadêmicos da disciplina contabilidade iii do curso de ciências contábeis da universidade federal de santa catarina [8] FREIRE, P. Pedagogia do oprimido. 17 a. Ed. Rio de Janeiro: Paz e Terra, v. 3, [9] CARDOSO, A. et al. Tecnologias e ferramentas para o desenvolvimento de sistemas de realidade virtual e aumentada. Editora Universitária UFPE, p. 1 19, [10] LAVALLE, S. M. Virtual Reality Cambridge University Press. Disponível em: < [11] EVENDEN, I. [12] DREDGE, S. The complete guide to virtual reality everything you need to get started The Guardian. Disponível em: < technology/2016/nov/10/virtual-reality-guide-headsets-apps-games-vr>. Acesso em: [13] PEREIRA, N. N. I. Realidade Virtual Disponível em: < ist170613/>. Acesso em: [14] SHERMAN, W. R.; CRAIG, A. B. Understanding Virtual Reality: Interface, Application, and Design. San Francisco, CA, USA: Morgan Kaufmann Publishers Inc., ISBN

38 36 [15] SUTHERLAND, I. E. Sketch pad a man-machine graphical communication system. In: Proceedings of the SHARE Design Automation Workshop. New York, NY, USA: ACM, (DAC 64), p Disponível em: < [16] SUTHERLAND, I. E. The ultimate display. Multimedia: From Wagner to virtual reality, [17] SUTHERLAND, I. E. A head-mounted three dimensional display. In: Proceedings of the December 9-11, 1968, Fall Joint Computer Conference, Part I. New York, NY, USA: ACM, (AFIPS 68 (Fall, part I)), p Disponível em: < [18] KRUEGER, M. W.; GIONFRIDDO, T.; HINRICHSEN, K. Videoplace an artificial reality. SIGCHI Bull., ACM, New York, NY, USA, v. 16, n. 4, p , abr ISSN Disponível em: < >. [19] KIRNER, C. Evolução da realidade virtual no brasil. [20] BOAS, Y. Overview of virtual reality technologies. In: Interactive Multimedia Conference [S.l.: s.n.], [21] AZUMA, R. T. A Survey of Augmented Reality. Presence: Teleoperators and Virtual Environments, v. 6, n. 4, p , Disponível em: <