Análise da Utilização do Software Quest 3D na Modelagem de Ambientes Virtuais para Museus

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1 Análise da Utilização do Software Quest 3D na Modelagem de Ambientes Virtuais para Museus Diego de Jesus Penaforte 1 Cristina Haguenauer 2 1 Programa de Pós graduação em Sistemas Computacionais - COOPE/UFRJ diegoparreiras@gmail.com. 2 Laboratório de Pesquisas em Tecnologias da Informação e da Comunicação Escola de Comunicação - Universidade Federal do Rio de Janeiro - latec@ufrj.br Resumo Este artigo analisa questões técnicas referentes à modelagem de ambientes virtuais com uso de técnicas de Realidade Virtual e auxílio de softwares como o Workspace e Quest 3D. São analisados aspectos relativos a modelagem, texturização, iluminação, importação e otimização. Palavras chave: Modelagem 3D, Ambientes Virtuais, Realidade Virtual. Modeling Virtual Environments for Museums, using the Software Quest 3D Abstract This article examines the technical issues relating to the modeling of virtual environments using virtual reality techniques and the aid of software such as Workspace and Quest 3D. Aspects of modeling, texturing, lighting, import and optimization are analyzed. Keywords: 3D Modeling, Virtual Environments, Virtual reality. 12

2 Introdução Este artigo relata e analisa os resultados parciais de uma pesquisa cujo objetivo é o desenvolvimento de técnicas e a comparação de ferramentas para a modelagem de ambientes virtuais tridimensionais, imersivos e interativos, construídos com base em Realidade Virtual. Esta pesquisa faz parte de um projeto mais amplo, o Projeto Museu Virtual ( que vem sendo desenvolvido na Universidade Federal do Rio e Janeiro, com o objetivo de desenvolver tecnologias e metodologias para promover a aprendizagem a partir do acervo de museus, com utilização de recursos e técnicas da Realidade Virtual. Fruto da parceria entre o Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação LATEC/UFRJ e o Grupo de Realidade Virtual aplicada GRVA, do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia, LAMCE, da COPPE/UFRJ, o Projeto Museu Virtual envolve áreas como Engenharia, Comunicação, Educação, Museologia e Linguística Aplicada. (HAGUENAUER et al, 2008). O uso de Realidade Virtual em Museus permite realizar simulações e interações com os objetos das coleções dos museus, experimentos e outras atividades que, de outra forma seriam impraticáveis, por questões de tempo, localização, segurança ou custo (MARINS et al, 2008). O presente estudo discute questões técnicas referentes à criação de um modelo virtual da área externa do Museu Nacional ( da UFRJ, os principais problemas enfrentados e as soluções adotadas. Foi construído um protótipo de modelo tridimensional do ambiente externo do Museu Nacional, utilizando o programa Quest3d de forma a complementar outras pesquisas que tiveram foco na modelagem do ambiente interno do museu (HAGUENAUER, ET AL, 2008, LOHMANN, A. PASTORINO. L., HAGUENAUER, 2008, MONERAT, ET Al, 2008, 13

3 PASTORINO, L. e HAGUENAUER,C., 2008, PASTORINO L.; HAGUENAUER, C.J.; e LOHMANN, A.F., 2008) e na reconstrução digital do acervo do museu (PASTORINO, L. HAGUENAUER, C., LOHMANN, 2008, MONERAT, ET AL 2008, MONNERAT, M. C., 2010). O Projeto Museu Virtual tem como objetivo principal desenvolver tecnologias e metodologias para a digitalização de acervos e a criação de Ambientes Virtuais imersivos e interativos capazes de promover a aprendizagem em Museus. Esse projeto envolve a integração das atividades de ensino, pesquisa e extensão em diversas áreas da Universidade. Envolve também, alunos de graduação, mestrado e doutorado da UFRJ, no desenvolvimento de aplicações multimídia, softwares e ambientes virtuais, paralelamente à realização de pesquisas sobre o desenvolvimento de metodologias de ensino-aprendizagem, softwares, ferramentas e aplicativos, com foco na percepção do público alvo no potencial de aprendizagem dos ambientes virtuais (HAGUENAUER ET AL, 2008). Desenvolvimento Pesquisa e Modelagem Primeira etapa do trabalho consistiu na pesquisa e recolhimento de material sobre museu a partir de fotografias tiradas no local (figuras 1, 2 e 3). A seguir, foi iniciada a etapa de modelagem do ambiente 3D, para a qual foi utilizada uma planta baixa do museu (Figura 4). A modelagem foi realizada no software 3d max, uma potente ferramenta para aplicações que envolvem computação gráfica, como vídeo games, efeitos especiais para o cinema, prototipagem de produtos e peças, simulações de dinâmicas físicas entre outros. A planta baixa foi transportada para o ambiente de trabalho 3D, workspace, do software 3D Studio max, em conjunto com a imagem da fachada do museu, a fim de se realizar uma modelagem mais precisa (Figuras 5 e 6). A Workspace, do Software 3Dmax, é o espaço onde se pode trabalhar os elementos virtuais, seja modelando- 14

4 os, animando-os ou realizando simulações. A planta baixa é utilizada como base de referência, para se criar o objeto virtual que possui formato, aparência e características ao prédio do museu (Figura 6). Figura 1: Imagem Externa do Museu. Disponível em Figura 2: Fotografia realizada no local mostrando detalhes da arquitetura do prédio do Museu. 15

5 Figura 3: Detalhe da arquitetura do prédio do Museu. Figura 4: Planta baixa do museu. Disponível em 16

6 Figura 5: Modelagem em 3D da fachada do museu na workspace do 3D max. Figura 6: continuação da modelagem da fachada em 3D do museu na workspace do 3D max. 17

7 Texturização e Iluminação Com o término da modelagem seguiu-se a fase de aplicação de texturas no modelo, para que estivesse pronto para ser exportado do 3d Max para o Quest 3-D, software utilizado na geração do aplicativo de Realidade Virtual. As fotografias tiradas no início deste trabalho também foram aproveitadas para fornecer as texturas utilizadas no processo de modelagem e texturização do ambiente (Figura 7). A iluminação foi realizada utilizando os recursos do Quest 3D, que possui um sistema de iluminação próprio. A iluminação que é vista na cena é gerada pelas luzes padrão do Quest 3d, que também é o responsável pela renderização dessas luzes em conjunto com os elementos virtuais. Por renderização entende-se a geração da cena final, composta pelos objetos 3D, luzes, sombras e texturas, funcionando em tempo real, isto é, a cena finalizada respondendo imediatamente aos comandos do usuário. O Quest 3D foi escolhido para este trabalho, devido às possibilidades que oferece, como a geração de cenas com luzes e texturas realistas, sistema de fenômenos naturais, e colisões físicas, geradas no próprio programa. 18

8 Figura 7: Etapa de texturização do modelo 3D. Principais Problemas Encontrados Importação Logo de início, houve uma grande dificuldade para importar o modelo do software 3D MAX para o software Quest 3-D. O modelo teve que ser importado por partes, pois o Quest 3D não reconhecia o modelo inteiro. O formato de arquivo COLLADA, do 3D MAX, um dos poucos que o Quest 3D reconhece, estava resultando em objetos e malha poligonal deslocados. Desta forma, teve-se que optar por outro formato de arquivo, o Direct X. Com a escolha do novo formato de arquivo, surgiram outros problemas, pois os objetos ficaram fora de 19

9 escala, apresentando-se muito maiores do que o restante do ambiente. Isto nos obrigou a uma nova análise das fotos de referência, para identificação da escala correta e subsequente reorganização o modelo. Com o modelo na escala correta, observou-se que as normais de algumas peças estavam invertidas e, sendo assim, o modelo apresentava algumas partes visíveis e outras invisíveis, causando a impressão de que faltavam partes do modelo. Ao mesmo tempo, algumas partes do modelo apareciam totalmente negras, como se não recebessem luz nenhuma. Para resolver esses problemas, foi preciso selecionar a aba object e alterar os objetos um a um, para dupla face. A seguir, foi aumentado o valor do emissive na aba properties, ainda dentro do object. Com isso, foram eliminadas as faces negras. Este processo teve que ser repetido para cada objeto exportado. Otimização Após a exportação de alguns trechos do museu, observou-se que ficava impossível sua utilização em qualquer computador, pois o modelo gerado no Quest3D, ainda que incompleto, tornava muito lento o processamento e ficava pesado demais para um computador comum. Sendo assim, buscou-se medidas de otimização do modelo, reduzindo-se o tamanho dos arquivos das texturas,com relação ao numero de bytes, e deixando estas em um formato de 512 bytes, pois este tamanho mantém as características visuais da textura com qualidade e, por ser uma potência de 2, facilita os cálculos a serem realizados pelo computador durante a renderização. Reduziu-se também a quantidade de polígonos do modelo 3D para um terço da quantidade inicial, alcançando por fim, uma melhoria considerável no desempenho do modelo quando renderizado em tempo real. 20

10 Walk Trough Camera Sky Após a importação da malha de pontos do cenário tridimensional, gerado inicialmente no software 3D Max, para o Quest 3D, passou-se a pesquisar a forma de realizar a caminhada pelo cenário e o Céu. Para conectar o céu à cena, bastou anexar a cena ao example weather system. Como câmera, utilizamos a câmera walk trough e conectamos esta na cena. Porém, nesta etapa, ora o céu não aparecia, ora a câmera não funcionava. Quando conseguimos conectar os dois, conectando a câmera junto com a cena do próprio Weather System, esta apareceu em conjunto com o sistema, mas não interagiu com ele. Assim, utilizando o método de tentativa e erro, conectamos a caixa ( Box ) câmera logic à caixa start 3d scene do weather sistem, e a caixa walk trougt da câmera à caixa render e esta à caixa start 3d scene. Desta forma, conseguimos a interação da câmera com o cenário e céu, porém assim que rodamos a renderização em tempo real a câmera caía no espaço. Para solucionar esse problema, foi preciso conectar o plano que representava o chão na caixa colision object da câmera. Considerações Finais Como resultado, obtivemos um ambiente virtual que manteve as características referentes ao museu real, com altíssimo nível de detalhamento e com uma funcionalidade excelente, podendo rodar em qualquer computador sem maiores entraves (figura 8). 21

11 Figura 8: Detalhes do Museu renderizado em tempo real. A fase de importação dos objetos do software 3D max para o software Quest 3D apresentou muitos problemas, o que exigiu muito estudo sobre as funcionalidades dos dois softwares e muito retrabalho do tipo tentativa e erro até que o modelo ficasse ajustado. Como resultado, obtivemos um ambiente virtual satisfatório, com grande potencial para aumentar o realismo e o nível de detalhamento, a partir de uma análise mais aprofundada das ferramentas utilizadas. Referências BRAGA, I.F. Realidade Aumentada em Museus: as Batalhas do Museu Nacional de Belas Artes, RJ. Tese de Doutorado, COPPE, UFRJ, HAGUENAUER, C., CUNHA, G.G., AZEVEDO, S.A., CORDEIRO F O, F., MONERAT, M.C., PASTORINO, L., LOHMANN, A. Projeto Museu Virtual: Criação de Ambientes Virtuais e 22

12 Objetos de Aprendizagem com Recursos e Técnicas de Realidade Virtual. Revista Realidade Virtual. Vol 1 N o 1, janeiro abril de ISSN LOHMANN, A. PASTORINO. L., HAGUENAUER, C. Uso de VRML na Modelagem de Ambientes Virtuais. Revista Realidade Virtual. Vol 1, N o 3, setembro - dezembro de ISSN MARINS, V., HAGUENAUER, C., CUNHA, G.G. Objetos de Aprendizagem e Realidade Virtual em Educação a Distância e seus Aspectos de Interatividade, Imersão e Simulação. Revista Realidade Virtual. Vol 1 N o 2, maio agosto de ISSN MARINS, V., HAGUENAUER, C., CUNHA,, G.G. CORDEIRO F o, F. Aprendizagem em Museus com uso de Tecnologias Digitais e Realidade Virtual. In: Anais 14 Congresso Internacional ABED de Educação a Distância "Mapeando o Impacto da EAD na Cultura do Ensino-Aprendizagem". Santos, SP. Setembro MONERAT, M.C., P, ROMANO, P. S. R., GRILLO, O. N., HAGUENAUER, AZEVEDO, S.A. K. e CUNHA, G.G. Exposição Virtual de Vertebrados Fósseis do Museu Nacional da UFRJ. In: Anais: Oitavo Congresso Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento em Design, São Paulo, outubro PASTORINO, L., HAGUENAUER, C. Desenvolvimento de Ambientes Virtuais em três dimensões para Internet. Boletim Técnico da Faculdade de tecnologia de São Paulo, FATEC-SP. Outubro, ISSN PASTORINO L.; HAGUENAUER, C.J.; LOHMANN, A.F.; Uso de VRML na Modelagem de Ambientes Virtuais; Revista Realidade Virtual; Volume:1; Fascículo:2; julho agosto de Sites consultados:

13 Sobre os Autores Diego de Jesus Penaforte Graduado em Desenho Industrial habilitação em Programação Visual, pela Escola de Belas Artes/UFRJ tendo como projeto final um curta metragem de animação 3-D. Mestrando em Sistemas Computacionais na COPPE/UFRJ, onde pesquisa Realidade Virtual e Aumentada. Cristina Jasbinschek Haguenauer Graduada em Engenharia Civil pela UERJ (1985), Mestre em Engenharia pela PUC-RJ (1988) e Doutora em Ciências de Engenharia UFRJ (1997). Atualmente é professora Associada da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Atua em ensino, pesquisa e consultoria na área de Tecnologias da Informação e da Comunicação, com foco em Educação a Distância, Capacitação Profissional, Formação Continuada, Produção de Hipermídia, Jogos Educativos, Ambientes Virtuais de Aprendizagem, Portais de Informação e Realidade Virtual. 24