Desenvolvimento de um Jogo Tridimensional com Realidade Aumentada

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1 Desenvolvimento de um Jogo Tridimensional com Realidade Aumentada Kleber Anderson Corrêa e Silva, Claudio Kirner DMC ICE - UNIFEI kleber7777@gmail.com, ckirner@gmail.com Resumo A indústria dos jogos eletrônicos tem apresentado crescimento considerável nos últimos anos. A ampliação da faixa etária dos jogadores, a criação significativa de jogos casuais e novos equipamentos com maior acessibilidade são fatores importantes para este novo cenário. O grande fator de imersão presente na interação com aplicações em Realidade Aumentada mostra seu potencial no setor do entretenimento eletrônico. Este trabalho teve como objetivo criar um jogo tridimensional com Realidade Aumentada na qual o usuário controle o posicionamento do cenário com as próprias mãos, através de um marcador, com maior naturalidade. Toda a experiência adquirida, o código fonte inclusive, será compartilhada através do site promocional. Abstract The electronic games industry has been considerable growth in recent years. Extending the age range of players, the creation of casual games increasing and new equipments with greater accessibility are important factors for this new scenario. The big factor of immersion that has in the interaction in Augmented Reality s applications shows its potential in the sector of electronic entertainment. This paper aimed to create a three-dimensional game with Augmented Reality that the user will control the positioning of the scene with his own hands, with a marker, more easily. The whole experience, including source code, will be shared through the promotional site. 1. Introdução Desde 2003, a indústria de jogos eletrônicos já tinha superado o mercado dos filmes americanos em faturamento. Na ocasião, o setor tinha acumulado US$ 30 bilhões durante o período fiscal [4]. Segundo Olausson [8], este valor deve chegar em US$ 65 bilhões até o ano de Esta expansão reflete também no mercado nacional. Mesmo durante a crise de 2008, o setor apresentou crescimento de 31% na área de software e 8% na parte de hardware [6]. E a expectativa é que este crescimento continue. A partir deste cenário, este trabalho teve como finalidade: compreender as possibilidades presentes no processo de desenvolvimento de jogos tridimensionais, assim como as dificuldades e restrições a serem encontradas. Graças ao aprimoramento dos ambientes de desenvolvimento, melhoramento dos recursos computacionais e a diversificação dos usos, o estudo nesta área tem se mostrado promissor. Buscar uma nova forma de interação com o jogo foi um dos objetivos deste trabalho. 2. Trabalhos relacionados Freire [5] faz uma analogia do termo jogo com o de brincadeira e brinquedo, porém ressalta que a diferença está na elaboração de regras e na distinção entre ganhadores e perdedores durante a prática deste. Já Antunes [5] acredita que, além da simples disputa entre um grupo de pessoas, exista um estímulo ao aprimoramento cognitivo e aos desafios da vida. Os jogos podem apresentar uma série de benefícios ao usuário, tais como desenvolvimento de raciocínio, auxílio na alfabetização, geração de regras e estratégias, ampliação cultural, memorização e muitos outros. O prazer na prática deve ser espontâneo. Para tal, o desenvolvimento dos jogos deve atender certas exigências: facilidade de interação, recompensa por metas alcançadas, acessibilidade, regras claras e, por fim, atrativo para o reuso.

2 A indústria dos jogos iniciou-se com exemplares exclusivamente bidimensionais. Todos os objetos possuíam dimensão definida por sua altura e largura. O movimento se restringia a aplicação de translação sobre a tela. As restrições na criação dos cenários, representados como planos, assim como a baixa capacidade gráfica restringia a complexidade das ações, representação visual e regras. Com esta simplificação, os jogos eletrônicos obtiveram grande sucesso entre o público mais jovem. A evolução do processamento gráfico tornou possível a criação de ambientes virtuais tridimensionais. A adição de profundidade nos cenários e personagens controláveis gerou novas possibilidades: novos pontos de visualização, maior mobilidade sobre o cenário, assim como, detalhamento deste. Recentemente, uma série de jogos, tanto para computador quanto para consoles, estão unindo os modelos tridimensionais com ambientes reais. O uso da Realidade Aumentada mostra-se não apenas como uma novidade visual, ela contribui ao criar formas de controle mais simples e intuitivos. O jogo EyePet [10] para Playstation 3, por exemplo, utiliza uma câmera de vídeo para projetar um mascote virtual na sala do jogador. A Figura 01 (a) mostra que os usuários podem interagir adicionando elementos gráficos na redondeza do animal. Trata-se de um grande avanço, se comparado com os primeiros jogos com bichos virtuais. A Figura 01 (b) apresenta um exemplar da Torre de Hanoi [11], jogo este que considera a ordem lógica na transição dos discos através dos pinos para alcançar o objetivo final. Neste caso, a movimentação dos elementos do jogo é realizada por um marcador. Figura 01: Jogos com Realidade Aumentada: (a) EyePet, (b) Torre de Hanoi O presente jogo utilizará como premissa grande parte dos conceitos presentes nos jogos para computadores atuais. Boa parte da interação utilizará o mouse por considerar que, para as regras definidas, este seria o instrumento mais funcional para o jogador. O grande diferencial está na adoção de um marcador para definir o local de projeção do cenário e, assim, permitir mudar o ângulo de visão com um simples movimentar do cartão. 3. Desenvolvimento do jogo 3.1. Descrição O jogo desenvolvido se chama Slidetrix. O objetivo dele é testar à lógica e agilidade do jogador. A base do jogo é composta por vinte e quatro cubos espalhados sobre a superfície de numa matriz 3x3x3, conforme a Figura 02, vazada no eixo central vertical. Entre os cubos existe um espaço vazio. Esta característica é importante para permitir a mobilidade das peças no jogo. Sempre que uma peça for clicada, se houver um espaço vago em sua vizinhança ela poderá mover para esta nova posição. Figura 02: Cubos na base principal Além dos cubos espalhados pela base do jogo, novos cubos, com cores aleatórias, surgirão na tela. Eles são chamados de invasores. O ponto de surgimento e o caminho percorrido por essas peças acontecem em uma estrutura guia localizada tanto na parte superior quanto na inferior da base do jogo. Na guia, o jogador pode ter uma melhor noção sobre o início e o fim da trajetória das peças invasoras. Existem oito direções possíveis, Figura 03, a se percorrer: para frente, para trás, para a esquerda ou para a direita, com movimentos para cima ou para baixo. Cabe ao jogador defender cada uma dessas regiões.

3 3.2. Ambiente de desenvolvimento Visando distribuir o jogo da forma mais simples possível, foi definido que este projeto utilizaria a ferramenta FlartoolKit [9]. Trata-se do projeto feito pelo japonês Saqoosha que adaptou o NyARToolkit [7], ambiente de criação de Realidade Aumentada, de Java para ActionScript 3.0. Com isso, utilizando-se de um programa que permite criar aplicações em Flash, todo o processo pode ser criado, tanto o layout visual quanto a lógica de programação. Figura 03: regiões de ataque dos invasores Todos os cubos presentes, tanto os localizados na base quanto os adversários, devem possuir uma das três cores: vermelho, amarelo ou verde. A ordem das cores é o fator primordial para a solução do problema. As peças invasoras aparecem na tela sempre em grupo de três. Após elas completarem todo percurso, para que o jogador consiga eliminá-las, ele deve colocar os cubos da base, que estão na região atacada, na mesma seqüência de cores das invasoras, conforme mostrado na Figura 04. Feito isso, os cubos inimigos são eliminados. O desafio proposto é eliminar todas as peças invasoras em um tempo limite para cada fase. Figura 04: eliminando peças invasoras A cada novo desafio vencido, a dificuldade apresentada fica cada vez maior: seja com um maior número de peças inimigas, com um menor tempo de resolução ou o aumento da velocidade em que as peças invasoras se apresentam. Existe ainda, em fases mais avançadas, a retirada da estrutura guia, o que dificulta o processo a identificação do posicionamento final das peças invasoras. Quanto mais rápido for resolvido o desafio, maior será a pontuação de bônus ofertada. A grande vantagem para o usuário final é: ele precisa possuir apenas o plugin de Flash incorporado ao seu navegador e uma webcam. Nada mais. Esta vantagem reflete também para o desenvolvedor no ato da distribuição do aplicativo criado. Através de técnicas de visão computacional, o aplicativo criado utiliza uma câmera para reconhecer os elementos do ambiente real. O marcador impresso é usado como base de referência, recebendo uma imagem virtual. O rastreamento óptico do marcador serve para calcular e ajustar a posição dos objetos virtuais. Durante o processo de criação, três versões do FlartoolKit foram testadas. O constante aprimoramento da ferramenta traz novidades e melhoramentos a cada novo lançamento. A última atualização, 5.3, foi a que apresentou melhores resultados, sendo esta a versão empregada no trabalho final. Para criação dos elementos virtuais foi utilizado uma biblioteca auxiliar de modelagem. O Papervision3D [12] é uma ferramenta, em código aberto, para criação de ambientes 3D. Carlos Ulloa, seu criador, iniciou o projeto devido à falta de suporte na criação de objetos tridimensionais por parte do Flash. Inicialmente, os programadores tinham que adicionar elementos na tela de forma a gerar uma perspectiva que transmitisse a ilusão do 3D. Com a capacidade de criar objetos tridimensionais reais, rapidamente o Papervision3D obteve respeito entre os programadores. No presente projeto, como os objetos não apresentavam grande complexidade, apenas figuras primitivas em forma de cubo foram utilizadas. Quanto à textura, nem todos os objetivos poderiam ser alcançados com os recursos padronizados do Papervision3D. Portanto, três opções foram utilizadas: Materiais primitivos: texturas providas pelo Papervision3D foram usadas para elementos

4 mais simples, sem grande complexidade visual. Imagens vetoriais: através do painel de edição do Adobe Flash CS4 [1], foi possível criar imagens mais sofisticadas. Seja com elementos geométricos 2D ou texto e salvá-las como um formato especial, chamado MovieClip, para sua impressão em cada face dos cubos. Esta adoção foi fundamental para maior interação dos objetos com o Actionscript. Imagens bitmap: Em alguns casos, onde a criação de elementos mais sofisticados foi necessária, foi preciso da adição de outras ferramentas de edição gráfica. Para a criação do logotipo, o software Adobe Photoshop [2] foi usado para modelagem, criação e edição. A imagem foi salva, com padrão JPEG ou PNG, e importada ao ambiente Flash. A integração de todas as bibliotecas com o Actionscript 3.0 foi bem sucedida. Definir todo o projeto utilizando estrutura de programação orientada a objeto foi importante para dar estabilidade, clareza e controle. Um grande problema para os desenvolvedores que utilizam o ambiente Flash para construir seus aplicativos é a falta de suporte a Threads. Considerando os problemas de velocidade encontrados, este recurso teria sido de grande ajuda. Para contornar este problema, um controle mais rígido sobre os elementos armazenados na memória e objetos anexados ao palco central do FlartoolKit foi fundamental Jogo desenvolvido O primeiro passo do jogador ao entrar no site é imprimir o marcador. A escolha por um único cartão de referência foi com objetivo de tornar a interação a mais simples e prática possível. Sobre este marcador são projetados todos os elementos virtuais. O simples girar da folha torna possível modificar o ângulo de visão do cenário. Após carregar toda a aplicação flash no navegador do usuário, existe a necessidade habilitar o acesso a webcam, em uma tela de autorização. Segundo testes durante o desenvolvimento, câmeras com menos de 01 megapixel apresentaram baixo desempenho: a taxa de renderização dos objetos não se mostrou satisfatória. A iluminação do local também influi: projetar a câmera diretamente contra luz intensa pode dificultar o reconhecimento do cartão de identificação. Além desta característica, o ajuste do posicionamento da câmera deve ser levado em conta. Para isso, uma estrutura de teste foi criada, apresentada na Figura 05. Após colocar o marcador no campo de visão da câmera, surgirá na tela um cubo central informativo que mostrará a posição correta quanto ao seu lado frontal e superior do cenário virtual. Além disso, duas faixas de graduação indicam a largura e altura reservada para a completa visualização do jogo. Figura 05: ajustando posição do marcador Feito o processo de calibragem, o jogador deve pressionar o botão espaço do teclado para iniciar o jogo. Uma pequena animação é apresentada que culminará na criação do menu principal, conforme a Figura 06. A interação com este se dá através do clique do mouse. Além opção destinada ao jogo em si, um pequeno tutorial de ajuda e outro com informações sobre o desenvolvedor estão à disposição. O jogador, ao clicar na opção Play do menu, inicia-se o jogo. A direita será mostrado um painel com informações do jogo: nível, pontuação, tempo e número de invasores restantes. Estas informações são atualizadas constantemente. Além disso, apresenta um pequeno menu que, ao ser pressionado, pausa o jogo e permite o usuário acessar o tutorial, iniciar novamente ou, simplesmente, retornar ao jogo. O processo de controle do jogo baseia-se em dois elementos: o marcador e o mouse. O marcador para controle do posicionamento do cenário e o mouse para ativar ações e o movimento do cubo desejado. Seria possível a troca da função do mouse por outro cartão, com função de inspeção, porém, a interação não seria tão amigável, intuitiva. Além disso, evita-se uma confusão no processo de manipulação dos marcadores.

5 Um dos fatores que podem atrapalhar a experiência do jogo é a lentidão. Durante os testes, foi verificada uma queda de velocidade, na taxa de quadros por segundo, em momentos em que foram apresentados muitos objetos anexados ao cenário principal. Em máquinas mais antigas, a jogabilidade pode ser prejudicada. Como o flash não possui um tratamento nativo dos elementos básicos tridimensionais, esta queda de processamento é constatada. Espera-se que, com o avanço da tecnologia flash, estes problemas possam ser sanados. FlartoolKit em nossa língua, este projeto pode contribuir para novos projetos. Existem pontos negativos, observados durante o processo de criação, tanto para usuário quanto para desenvolvedor: exigência de uma câmera com uma boa resolução, necessidade de uma máquina com níveis medianos de poder computacional, lentidão de processamento na presença de muitos objetos virtuais e o baixo nível de tratamento de erros no ambiente de desenvolvimento do IDE Flash. Todas estas restrições deverão ser reduzidas, gradativamente, com o aprimoramento das tecnologias envolvidas. Nenhum desses itens impediu a realização do projeto. Como contribuição para trabalhos de futuros desenvolvedores, sugere-se o uso de opções de texturas para complementar visualmente aos elementos tridimensionais criados em Papervision3D. Embora existam boas opções nativas, adquirir um resultado profissional exige prática. Utilizar alternativas, com imagens vetoriais ou bitmap, pode gerar bons resultados. Figura 06: menu principal A experiência adquirida na elaboração deste trabalho está disponibilizada no site promocional ( incluindo: jogo, código fonte, referências e dicas relacionadas. 4. Conclusão O jogo Slidetrix permite ao usuário controlar o cenário virtual de uma forma mais livre e simples. A interação entre marcador e câmera mostrou-se bastante eficiente. Os recursos tradicionais da informática (mouse e teclado) foram necessários para manter a eficácia no controle do jogo. Alguns elementos podem ser aperfeiçoados ou implementados em uma versão futura: mais opções de cores, novos graus de desafios, armazenamento da pontuação dos jogadores, anexar uma trilha e efeitos sonoros, etc. A atuação do FlartoolKit no ambiente Flash mostrou-se bem sucedida. A facilidade de aprendizado, desenvolvimento e distribuição online de uma aplicação com Realidade Aumentada através deste formato foi de grande valia. Disponibilizar o código fonte no site ( condição pré-estabelecida para a distribuição gratuita de aplicações com esta ferramenta, tende a ser usado como referência para pesquisas futuras. Considerando o baixo número de fontes informativas sobre o 5. Referências bibliográficas [1] Adobe Flash CS4, disponível em: [2] Adobe Photoshop, disponível em: [3] Antunes, Celso, Jogos para a estimulação das múltiplas inteligências, Vozes, Rio de Janeiro, [4] Assis, Diego, Game supera cinema como opção de entretenimento em 2003, disponível em: tml, 31/12/2003. [5] Freire, J.B, Educação de corpo inteiro, Scipione, São Paulo, [6] Gandra, Alana, Mercado de jogos eletrônicos cresce no Brasil apesar da crise, disponível em: 03/03/2009. [7] NyARToolkit, disponível em: [8] Olausson, Games Software Business to Approach $65 Billion Worldwide by 2013, says Strategy Analytics, disponível em: approach-65-billion-worldwide-by says-strategy-analytics/, 07/05/2010. [9] Saqoosha, FlartoolKit, disponível em: [10] Sony Computer Entertainment Europe, EyePet, disponível em: [11] Torre de Hanoi, disponível em: [12] Ulloa, Carlos, Papervision3D, disponível em: