Un ivers ida de Federa l de Pern a m bu co Cen tro de In form á tica Pós -Gra du a çã o em Ciên cia da Com pu ta çã o Ava ta res com o Gu ia s In tera tivos para Au xílio n a Na vega çã o em Am bien tes Virtu a is Tridim en s ion a is por VERONICA TEICHRIEB vt@cin.u fpe.br Dis s erta çã o s u bm etida pa ra o Cen tro de In form á tica da Un ivers ida de Federa l de Pern a m bu co, com o requ is ito pa rcia l pa ra obten çã o do gra u de Mes tre em Ciên cia da Com pu ta çã o. Dis s erta çã o orien ta da por Dr. Aleja n dro Cés a r Frery Orga m bide Profes s or Adju n to do Cen tro de In form á tica da Un ivers ida de Federa l de Pern a m bu co. Recife, Dezem bro, 1999.
Agrade c im e ntos À Deu s, porqu e tu do qu e s ou devo à Ele. Aos m eu s qu eridos pa is e a m igos Gu ilh erm e e Ma ria, pelo im orta l a m or e pa ciên cia, e por n u n ca pergu n ta rem porqu e eu tin h a qu e fa zê-lo. À m in h a m elh or a m iga e m a ra vilh os a irm ã Brigite, por m e a ju da r a m a n ter o foco e evita r a rm a dilh a s n a s qu a is m u itos ca em. Com rela çã o a divers a s cois a s, eu ten h o a s pira do s er igu a l à ela. Ao m eu a m igo e orien ta dor Profes s or Aleja n dro, por m e a ju da r a en xerga r cois a s im porta n tes pa ra m in h a vida, e ta m bém pela s idéia s brilh a n tes. À m in h a a m iga e co-orien ta dora Profes s ora J u dith, pelo con s ta n te a poio. À gob, m in h a m elh or a m iga n ordes tin a, por tu do, já qu e é im pos s ível m en cion a r ta n ta s cois a s feita s. À Don a Dedé, m in h a m a in h a n ordes tin a, qu e m e prom oveu de h ós pede à m em bro in tegra n te de s u a fa m ília. Pelo ca rin h o e a ten çã o. À Bá rba ra, Ca rlos, Bren n o e Pa tricia, porqu e s em eles a va lida çã o dos res u lta dos des te tra ba lh o teria s ido m u ito m en os com pleta. Aos m eu s a m igos, pela pa rceria.
Sum ário LISTA DE FIGURAS VIII LISTA DE TABELAS X RESUMO XI ABSTRACT XIII CAPÍTULO 1 15 INTRODUÇÃO 15 1.1 Motivação 15 1.2 Objetivo 18 1.3 Abordagem 19 1.4 Conceitos Básicos 20 1.4.1 Navegação 20 1.4.2 Localização 21 1.4.3 Orientação 21 1.4.4 Espaço de Grande Escala 23 1.4.5 Agente 23 1.4.5.1 Sensores 24 1.4.5.2 Efetuadores ou Atuadores 24 CAPÍTULO 2 25
MUNDOS VIRTUAIS 25 2.1 Introdução 26 2.2 O Que São Mundos Virtuais? 27 2.2.1 Mundos Virtuais Textuais 29 2.2.2 Taxonomia de Realidade Virtual 31 2.3 Desenvolvimento de Ambientes Tridimensionais 34 2.3.1 Arquiteturas 35 2.3.1.1 Bridge 35 2.3.1.2 MAVERIK 39 2.4 Considerações Finais 42 CAPÍTULO 3 45 TECNOLOGIAS DE SUPORTE À REALIDADE VIRTUAL 45 3.1 Introdução 46 3.2 Autoria de Conteúdo 3D 47 3.2.1 VRML 48 3.2.2 Java 3D 50 3.2.3 VRML x Java 3D 53 3.2.4 Ferramentas de Autoria 55 3.2.4.1 Criando Sites Pessoais Tridimensionais 56 3.3 Visualização e Manipulação de Conteúdo 3D 60 3.4 Outras Tecnologias 62 3.5 Considerações Finais 63 CAPÍTULO 4 65 AVATARES 65 iv
4.1 Introdução 66 4.2 Avatares como Representantes Gráficos 67 4.3 Avatares como Agentes Inteligentes 69 4.4 Considerações Finais 73 CAPÍTULO 5 75 NAVEGAÇÃO: PROBLEMAS X SOLUÇÕES 75 5.1 Introdução 76 5.2 Navegação 77 5.2.1 Navegando em Hipertextos 79 5.2.2 Navegando em Ambientes Virtuais Imersivos 81 5.3 Navegando em Ambientes Virtuais Tridimensionais 83 5.3.1 Projeto de Mundos Virtuais Tridimensionais 83 5.3.2 Estruturas Arquitetônicas 85 5.3.3 Apresentação de Informações Ambientais 86 5.3.4 Representação e Organização de Informações em 3D 88 5.3.5 Comportamentos de Navegação 89 5.4 Navegando por Museus Virtuais na Web 91 5.5 Considerações Finais 92 CAPÍTULO 6 94 AVATARES COMO GUIAS INTERATIVOS 94 6.1 Introdução 95 6.2 Proposta: Uma Metodologia para Navegação e Exploração de Ambientes Virtuais Tridimensionais 96 6.2.1 A Representação das Informações 97 v
6.2.2 A Navegação pelo Ambiente 98 6.2.2.1 Rotas de Navegação 98 6.2.2.2 Estratégias de Navegação 101 6.2.3 A Modelagem do Avatar 101 6.2.3.1 Características Físicas 103 6.2.3.2 Comportamentos 105 6.2.3.3 Conhecimento 106 6.3 Considerações Finais 107 CAPÍTULO 7 109 ESTUDO DE CASO: 109 MUSEU VIRTUAL GUGGENHEIM, DE BILBAO 109 7.1 Introdução 110 7.2 Aplicações de Patrimônio Cultural Virtual 111 7.3 O Museu Guggenheim, de Bilbao 113 7.4 Estudo de Caso: Museu Virtual Guggenheim, de Bilbao 114 7.4.1 Perfil do Usuário A Interface 116 7.4.2 O Museu e Seu Conteúdo 118 7.4.2.1 Modelando o Museu 118 7.4.2.2 Preenchendo o Museu Virtual 119 7.4.2.2.1 As Exposições 119 7.4.2.2.2 Material Suplementar 122 7.4.3 Os Avatares como Guias Interativos 122 7.4.3.1 Características Físicas 123 7.4.3.2 Comportamentos 124 7.4.3.3 Conhecimento 124 7.4.4 Navegando pelo Ambiente 125 7.4.4.1 Rotas de Navegação Predefinidas 125 7.4.4.2 Navegação Livre 126 vi
7.5 Considerações Finais 127 CAPÍTULO 8 128 CONCLUSÃO 128 8.1 Contribuições 128 8.2 Trabalhos Futuros 131 REFERÊNCIAS 132 Referências Bibliográficas 132 Referências Adicionais 136 ANEXOS 142 vii
Lis t a de Figuras FIGURA 1: (A) ORIENTAÇÃO ABSOLUTA E RELATIVA; (B) POSIÇÃO ABSOLUTA E RELATIVA. 23 FIGURA 2: UM AGENTE GENÉRICO. 24 FIGURA 3: UMA INTERAÇÃO EM UM MUD. 30 FIGURA 4: MUNDO VIRTUAL IMERSIVO. 32 FIGURA 5: ALGUNS PRÉDIOS PERTENCENTES AO CAMPUS VIRTUAL DA UFPE. 33 FIGURA 6: ARQUITETURA BRIDGE. 37 FIGURA 7: ARQUITETURA MAVERIK. 41 TABELA 1: ANALOGIA 2D A 3D. 48 FIGURA 8: COMPARAÇÃO ENTRE TECNOLOGIAS PARA REALIDADE VIRTUAL. 51 TABELA 2: CARACTERÍSTICAS DE VRML E JAVA 3D. 54 FIGURA 9: UM ÍCONE. 57 FIGURA 10: GRAFO DE VISIBILIDADE. 58 FIGURA 11: GRAFO DE NAVEGAÇÃO. 59 FIGURA 12: PLUG-IN ASSOCIADO AO NAVEGADOR. 61 TABELA 3: ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE VRML E IPIX. 62 FIGURA 13: AVATARES REPRESENTANDO USUÁRIOS EM UM CAFÉ VIRTUAL. 68 FIGURA 14: UM AGENTE REATIVO. 70 FIGURA 15: AVATARES INTELIGENTES REPRESENTANDO USUÁRIOS EM UM MUD. 72 FIGURA 16: AVATARES INTELIGENTES REPRESENTANDO USUÁRIOS EM UM AMBIENTE GRÁFICO. 73 FIGURA 17: O "RELATÓRIO DA VIAGEM PELO HIPERTEXTO. 81 FIGURA 18: AMBIENTE VIRTUAL IMERSIVO EXIBIDO EM TAMANHO MINIATURIZADO E NORMAL. 82 FIGURA 19: REPRESENTAÇÃO DE CONTEÚDO SEMÂNTICO. 98 FIGURA 20: PONTOS DE VISTA INTERPOLADOS LINEARMENTE. 99 FIGURA 21: PONTOS DE VISTA INTERPOLADOS CUBICAMENTE. 100 FIGURA 22: ROTAS DE PONTOS DE VISTA E DE REFERÊNCIA. 100 FIGURA 23: INTERAÇÃO ENTRE USUÁRIO, AMBIENTE VIRTUAL E AVATAR. 102 FIGURA 24: ARQUITETURA DO AVATAR. 103 FIGURA 25: AVATARES GUIAS DO CAMPUS VIRTUAL DA UFPE. 104 FIGURA 26: AVATAR ROBÔ COM COMPORTAMENTO. 106 FIGURA 27: AVATAR PATO COM CONHECIMENTO EMBUTIDO. 107
FIGURA 28: MUSEU GUGGENHEIM, DE BILBAO. 111 FIGURA 29: A INTERFACE DO USUÁRIO PARA MODELAGEM DO PERFIL. 117 FIGURA 30: MODELO TRIDIMENSIONAL DO MUSEU GUGGENHEIM DE BILBAO. 119 FIGURA 31: ÍCONES TRIDIMENSIONAIS REPRESENTANDO INFORMAÇÕES ARQUITETÔNICAS: A) MUSEU GUGGENHEIM ALEMÃO DE BERLIM; B) COLEÇÃO PEGGY DO GUGGENHEIM; C) MUSEU SOLOMON R. GUGGENHEIM; D) MUSEU GUGGENHEIM SOHO. 120 FIGURA 32: ÍCONE REPRESENTANDO INFORMAÇÕES CONCEITUAIS. 121 FIGURA 33: ÍCONE TRIDIMENSIONAL ASSOCIADO COM UMA PÁGINA DESCRITIVA. 121 FIGURA 34: AVATARES GUIAS: A) PAI; B) MÃE; C) FILHO; D) FILHA. 122 ix
Lis t a de Tabe las TABELA 1: ANALOGIA 2D A 3D. 48 TABELA 2: CARACTERÍSTICAS DE VRML E JAVA 3D. 54 TABELA 3: ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE VRML E IPIX. 62
Re s um o Recu rs os com pu ta cion a is ca da vez m a is s ofis tica dos têm perm itido a m odela gem de m u n dos virtu a is tridim en s ion a is, torn a n do-s e u m n ovo pa ra digm a pa ra repres en ta çã o de in form a ções n a W eb. A u tiliza çã o de com pon en tes m u ltim ídia com o im a gem, s om e vídeo, a lém do texto já u tiliza do n o pa ra digm a de h ipertexto (m u n dos virtu a is pla n os ), pos s ibilita a repres en ta çã o m a is rea lis ta e in tu itiva de in form a ções pa ra o u s u á rio. A com plexida de e a m plitu de des tes a m bien tes têm cres cido de a cordo com a m elh oria dos recu rs os de h ard w are e s oftw are dis pon íveis e o a u m en to da s n eces s ida des dos u s u á rios, gera n do problem a s pa ra s u a explora çã o e u tiliza çã o eficien te. Des orien ta çã o du ra n te a n a vega çã o e dificu lda de pa ra recu pera r in form a ções têm s ido a lgu n s dos prin cipa is problem a s en con tra dos. Es ta dis s erta çã o de Mes tra do tem com o objetivo a n a lis a r problem a s de n a vega çã o e orien ta çã o de u s u á rios qu a n do da explora çã o de m u n dos virtu a is tridim en s ion a is, propon do com o a u xílio n a s olu çã o dos problem a s a u tiliza çã o de a va ta res in teligen tes com o gu ia s in tera tivos den tro do a m bien te. A in teligên cia, n es te ca s o, pode s er observa da pela u tiliza çã o de três com pon en tes prin cipa is da a rqu itetu ra do a va ta r: ca ra cterís tica s fís ica s, com porta m en tos e con h ecim en to. Ela s devem s er a da pta da s a o dom ín io do a m bien te virtu a l n o qu a l os a va ta res es tã o in s eridos, bem com o a o u s u á rio qu e es tá s olicita n do s u a a ju da. Es ta a rqu itetu ra torn a pos s ível a o u s u á rio des fru ta r de u m a va ta r qu e, en qu a n to o repres en ta gra fica m en te n o a m bien te trid im en s ion a l, é u m gu ia in tu itivo e eficien te. Su a s ca ra cterís tica s fís ica s e
com porta m en tos, ba s ea dos em m etá fora s do m u n do rea l, torn a m -n o in tu itivo e o con h ecim en to a dqu irido s obre o a m bien te e s eu con teú do é u s a do pa ra s u prir a s n eces s ida des do u s u á rio. Utiliza r a va ta res com o gu ia s dem on s tra ser u m a a ltern a tiva eficien te pa ra a n a vega çã o e explora çã o de m u n dos virtu a is tridim en s ion a is. A m etodologia propos ta foi va lida da a tra vés da con s tru çã o de u m m odelo tridim en s ion a l do Mu s eu Gu ggen h eim de Bilba o, s itu a do n a Es pa n h a. Exis tem divers os problem a s pa ra s u a explora çã o e de s eu con teú do, devido à s u a propos ta a rqu itetôn ica. No m u s eu os gu ia s s ã o m odela dos com o peixes qu e, de a cordo com a s preferên cia s do u s u á rio, a s s u m em s exo e ida de, com porta n do-s e con form e s eu s s em elh a n tes n o m u n do rea l. Movim en ta m -s e n a da n do, s egu in do rota s qu e leva m a té a s expos ições in dica da s com o de in teres s e pelo vis ita n te qu e os requ is itou. Palavras -c have s : Rea lida de Virtu a l, m u n dos virtu a is tridim en s ion a is, a va ta res, gu ia s, n a vega çã o es pa cia l, VRML. xii
Abs t ra ct More s oph is ticated com pu tation al res ources h ave allow ed th e m od eling of three-d im ens ion al virtu al w orld s, being a new parad igm for the repres en tation of inform ation on the W eb. The us e of m ultim ed ia com ponen ts s uch as im age, s ound and vid eo s o as text alread y us ed in the hy pertext parad igm (plan virtu al w orld s ) allow s the m ore realis tic and in tu itive repres en tation of inform ation for the us er. The com plexity an d am plitud e of thes e environ m en ts h as increas ed accord ing to the enhancem en t of h ard w are and s oftw are res ources available and the grow th of us ers need s, generating exploration and u tiliz ation problem s. S om e of the m ain problem s encountered, us in g th is k ind of m od eling, are d is orien tation d uring n avigation and d ifficulties in gathering inform ation. This Mas ter of S cien ce d is s ertation h as as objective to an aly z e us ers n avigation and orien tation problem s w hen exploring three-d im ens ion al virtu al w orld s, s ugges ting as a helpful s olu tion for thes e problem s the us e of a k ind of in telligen t avatar as in teractive gu id es ins id e the environ m en t. The in telligence, in th is cas e, can be obs erved by the application of the avatar s arch itecture three m ain com pon en ts : ph y s ique featu res, beh aviors and k now led ge. Thes e three ch aracteris tics m us t be ad apted to the d om ain of the virtu al environ m en t, in w h ich the avatars are em bed d ed, as w ell as to the us er th at is requ iring its help. This arch itecture m ak es it pos s ible th at the us er en joy s the benefits of an avatar th at, bey ond repres en ting h im / her graph ically in the threed im ens ion al environ m en t, is an in tu itive and efficien t gu id e. Its ph y s ique features and beh aviors, d eveloped bas ed on real w orld m etaphors, m ak e
the avatar in tu itive and the ow n ed k now led ge abou t the en viron m en t and its con ten t is us ed to s upply the us er s neces s ities. Us ing avatars as gu id es proves to be an efficien t altern ative for navigation and exploration of threed im ens ion al virtu al w orld s. As environ m en t for the valid ation of th e propos ed m ethod ology is us ed a three-d im ens ion al m od el th at repres en ts the Guggenheim Mus eu m Bilbao, located in S pain. There are s everal problem s for its exploration, d u e to the arch itecton ic propos al us ed to bu ild it. In the m us eu m the gu id es are m od eled as fis hes th at, accord ing to the us er s preferences, as s u m e gend er and age, beh aving accord ing to its s im ilar in the real w orld. They m ove forw ard through the m u s eu m s w im m in g, w h ile follow rou tes th at tak e to th e exh ibitions ind icated as of in teres t by the vis itor. Key w ord s : Virtu al Reality, three-d im en s ion al virtu al environ m en ts, avatars, in teractive gu id es, s patial n avigation, VRML. xiv
Capít ulo 1 Introduç ão 1.1 Motivação O pa ra digm a bidim en s ion a l tem s ido a m pla m en te u tiliza do pa ra o des en volvim en to de a plica ções pa ra a W eb. Sis tem a s de n a vega çã o qu e dã o s u porte à s a plica ções ba s ea da s n a W eb, por exem plo n a vega dores pa ra In tern et, s ã o a tu a lm en te ba s ea dos n o pa ra digm a de h ipertexto e perm item vis u a liza r docu m en tos des critos n a lin gu a gem HTML (Hy per Text Mark -up Langu age) [33]. Por ou tro la do, a Rea lida de Virtu a l (RV), com o u m n ovo pa ra digm a pa ra a vis u a liza çã o de in form a ções, torn ou -s e u m a a ltern a tiva a tra en te pa ra o des en volvim en to de in terfa ces virtu a is tridim en s ion a is m a is rea lis ta s e in teres s a n tes pa ra o u s u á rio (des en volvedores e u s u á rios fin a is ). In terfa ces des en volvida s com ba s e n a s tecn ologia s de Rea lida de Virtu a l es tã o en tre a s m a is a va n ça da s a tu a lm en te, perm itin do vis u a liza r, m a n ipu la r e explora r o con teú do de a m bien tes virtu a is tridim en s ion a is com plexos, com pos tos por elem en tos ca pa zes de repres en ta r qu a lqu er tipo de in form a çã o [22]. Porém, o prin cipa l diferen cia l da RV com rela çã o à s ou tra s in terfa ces é o fa to de perm itir a o u s u á rio a s en s a çã o de im ers ã o n o m u n do com o qu a l es tá in tera gin do, por es tim u la r m ú ltiplos ca n a is
s en s oria is (prin cipa lm en te a vis ã o, a u diçã o e ta to [44, cita do em 49]). A im ers ã o proporcion a a o u s u á rio u m a s en s a çã o de a bsorçã o ou en volvim en to profu n do, qu e pode s er a tin gido ta n to com dis pos itivos s ofis tica dos u tiliza dos pela RV Im ers iva (por exem plo, ca pa cetes ou s is tem a s CAVE 1 ), com o com a plica ções tridim en s ion a is des en volvida s com RV de Es critório, ou s eja, a vis u a liza çã o do a m bien te tridim en s ion a l in tera tivo a tra vés d e m on itores pla n os [28]. Exis te a in da u m tipo m u ito im porta n te de im ers ã o, qu e n ã o s erá a borda da direta m en te n es te tra ba lh o: a qu ela a lca n ça da pelo con teú do. A evolu çã o do h ard w are e s oftw are grá fico, bem com o a defin içã o de n ovos form a tos de m ídia pa dron iza dos, com o VRML (Virtu al Reality Mark - up Langu age [2], [72]), s u porta m o des en volvim en to de m u n dos tridim en s ion a is. Atra vés da cria çã o de com pon en tes de s oftw are es tes m u n dos perm item a a pres en ta çã o de con teú do em divers os form a tos m u ltim ídia e es tã o dis pon íveis pa ra u m a gra n de qu a n tida de de u s u á rios pela In tern et. Os com pon en tes de s oftw are n a da m a is s ã o do qu e ícon es tridim en s ion a is u tiliza dos pa ra repres en ta çã o da s in form a ções dis pon íveis n o a m bien te. No Ca pítu lo 2 des ta dis s erta çã o é en con tra da u m a des criçã o s obre os m u n dos virtu a is pos s íveis de s erem con s tru ídos a tu a lm en te e s u a s prin cipa is ca ra cterís tica s ; n o Ca pítu lo 3 a s prin cipais tecn ologia s pa ra o s eu des en volvim en to s ã o a pres en ta da s e dis cu tida s. Segu n do Da rken [4], u m m u n do virtu a l 1 Cave Au tom atic Virtu al Environ m en t é u m s is tem a pa ra exibiçã o de a plica ções de Rea lida de Virtu a l ba s ea do em projeçã o qu e oferece a o u s u á rio u m a lto n ível de im ers ã o [49]. 16
é um es paço. Então o es paço e os problem as ineren tes ao es paço d evem s er cons id erad os com o u m a parte in tríns eca d o proces s o d e d es envolvim en to d e m undos virtu ais d e grand e es cala.. Mu n dos virtu a is tridim en s ion a is repres en ta m s in tetica m en te lu ga res exis ten tes n o m u n do rea l, ou lu ga res fictícios im a gin a dos pelo s eu cria dor, perm itin do a o u s u á rio s u a vis u a liza çã o e a in tera çã o com o a m bien te e s eu s possíveis in tegra n tes. O s er h u m a n o n ã o tem dificu lda de em rea liza r determ in a da s ta refa s em a m bien tes 3D, com o loca liza r objetos em u m a ca s a, en con tra r o ca m in h o de s a ída de u m qu a rto etc.. Porém, n a m edida qu e s e torn a m m a is com plexos, problem a s de des orien ta çã o do u s u á rio du ra n te a n a vega çã o es pa cia l podem ocorrer. Es tes problem a s rela cion a dos à n a vega çã o e a lgu m a s s olu ções já propos ta s s ã o a borda da s n o Ca pítu lo 5 des ta dis s erta çã o. Um s is tem a qu e pos s ibilita a n a vega çã o em a m bien tes 3D, vis to s ob o pon to de vis ta do u s u á rio, deveria a pres en ta r a s s egu in tes ca ra cterís tica s pa ra s er a ceito pela com u n ida de: 9s er fá cil de u s a r; 9oferecer a m elh or qu a lida de vis u a l pos s ível; 9fu n cion a r s ob vá ria s pla ta form a s, des d e com pu ta dores loca is a té a s ba s ea da s n a W eb; 9s er u m s is tem a cola bora tivo e m u ltiu s u á rio; 9oferecer fa cilida des n a n a vega çã o es p a cia l (por exem plo a tra vés de gu ia s ); 9ter a ca pa cida de de des cobrir o qu e in teres s a a o u s u á rio, a fim de en fa tiza r o con teú do qu e poderia s er m a is releva n te pa ra ele. Exis tem vá ria s pos s ibilida des e propos ta s pa ra a ten der es tes 17
requ is itos, s en do qu e a lgu m a s dela s leva m a s olu ções qu e depen dem de s oftw are proprietá rio e/ ou de h ard w are s ofis tica do. Um a s olu çã o viá vel pa ra u m a divers ida d e de pla ta form a s com pu ta cion a is de a m pla divu lga çã o é o u s o de gu ia s den tro dos m u n dos tridim en s ion a is. Aqu i é im porta n te res s a lta r qu e o desen volvim en to des tes gu ia s, bem com o de s u a s fu n cion a lida des (n a vega çã o, in tera çã o etc.), deve s er a n a lis a do e projeta do de form a a s u prir o m a ior n ú m ero de n eces s ida des dos n a vega dores d e m u n dos virtu a is. Is to porqu e, u m a vez cria dos, poderã o s er u tiliza dos com o com pon en tes de s oftw are reu tilizá veis pa ra a m bien tes divers os. Há vá ria s form a s de con s tru ir gu ia s, des de com o m era s in form a ções textu a is a té com o a gen tes [37] dota dos da ca pa cida de de com u n ica r-s e com o u s u á rio e com ou tra s en tida des s im ila res. Nes te tra ba lh o s erá a pres en ta da u m a propos ta in term ediá ria en tre gu ia s pa s s ivos e gu ia s a lta m en te in tera gen tes : o a u xílio n a n a vega çã o a tra vés do u s o de a va ta res [15] com o gu ia s em m u n dos virtu a is. 1.2 Objetivo Es ta dis s erta çã o de Mes tra do vis a o es tu do de problem a s rela cion a dos à n a vega çã o em m u n dos virtu a is tridim en s ion a is. Com o m en cion a do a cim a, m u n dos virtu a is s ã o es pa ços qu e podem oca s ion a r pa ra o u s u á rio problem a s de loca liza çã o e orien ta çã o qu a n do s e torn a m m a iores e m a is com plexos, com o a con tece n o m u n do rea l. Pa ra a m en iza r es ta s itu a çã o, é pos s ível u tiliza r, em a m bien tes virtu a is, s olu ções u tiliza da s n o m u n do rea l. Des ta form a, o n a vega dor pode u s u fru ir de a ltern a tiva s in tu itiva s, da do qu e já a s u tiliza pa ra ta refa s s em elh a n tes n o m u n do rea l, e com prova da m en te eficien tes, pela s experiên cia s previa m en te rea liza da s. 18
Es te tra ba lh o propõe a u tiliza çã o de a va ta res em bu tidos n o a m bien te virtu a l tridim en s ion a l pa ra a u xilia r o vis ita n te a explora r o m u n do e a lca n ça r s eu s objetivos. Es tes a va ta res n ã o a pen a s repres en ta m virtu a lm en te o u s u á rio, m a s ta m bém s ã o ca pa zes de rea liza r determ in a da s ta refa s qu e a u xilia m n a explora çã o. No Ca pítu lo 4 es te a s s u n to é retom a do e a s divers a s pos s ibilida des de u tiliza çã o de a va ta res s ã o dis cu tida s. Os a va ta res s ervirã o com o gu ia s in tera tivos in teligen tes, s en do u m a a borda gem in term ediá ria en tre o u s o de a va ta res com o m eros repres en ta n tes grá ficos do u s u á rio n o a m bien te e a va ta res com o a gen tes in teligen tes con s tru ídos com ba s e em técn ica s d e In teligên cia Artificia l [37]. Além dis s o, a s pectos com o a u tiliza çã o de m etá fora s pa ra o des en volvim en to dos a va ta res e s u a s fu n cion a lida des, bem com o do m u n do virtu a l, perm itin do a con s tru çã o de com pon en tes de s oftw are reu tilizá veis pa ra o projeto de a plica ções tridim en s ion a is ta m bém s erã o leva dos em con s idera çã o. 1.3 Abord agem A a borda gem in term ediá ria propos ta n es ta dis s erta çã o preten de a u xilia r n a explora çã o e recu pera çã o de in form a ções em a m bien tes virtu a is de gra n de es ca la. Os a va ta res n ã o a pen a s repres en ta m gra fica m en te o u s u á rio n o a m bien te virtu a l, m a s s ervem com o gu ia s in tera tivos qu e pos s u em ba s ica m en te três com pon en tes : ca ra cterís tica s fís ica s dis tin ta s, con h ecim en to s obre o a m bien te e com porta m en tos em bu tidos. Ava ta res com ca ra cterís tica s fís ica s dis tin ta s proporcion a m a o 19
u s u á rio a pos s ibilida de de s elecion a r ou con s tru ir u m represen ta n te qu e o iden tifiqu e s a tis fa toria m en te. Pos s u in do con h ecim en to s obre a s in form a ções repres en ta da s n o a m bien te, o a va ta r poderá oferecer u m m a ior a u xílio a o u s u á rio, in form a n do-o sobre o con teú do dispon ível. Além dis s o, com porta m en tos diferen tes de a cordo com a s itu a çã o dã o a o u s u á rio a ilu s ã o de rea lis m o, fa zen do-o s e s en tir m a is im ers o n o a m bien te. Os Ca pítu lo 6 e Ca pítu lo 7 des te tra ba lh o des crevem es ta a borda gem deta lh a da m en te. E, por fin a l, n o Ca pítu lo 8 é a pres en ta da a con clu s ã o des ta dis s erta çã o, res s a lta n do a s con tribu ições qu e o tra ba lh o trou xe pa ra a in ves tiga çã o dos problem a s de n a vega çã o e recu pera çã o de in form a ções em a m bien tes virtu a is tridim en s ion a is. Um a a va lia çã o dos res u lta dos obtidos, em con tra pa rtida com os res u lta dos es pera dos, ta m bém es tá des crita, bem com o a m en çã o de com o es te tra ba lh o pode s er con tin u a do. 1.4 Conceitos B ás icos Algu n s term os im porta n tes u tiliza dos freqü en tem en te n es ta dis s erta çã o s ã o a pres en ta dos a qu i. Pelo fa to de s u a s defin ições s erem, à s vezes, com preen dida s de form a erra da ou terem m a is de u m s ign ifica do, é im porta n te qu e s eu s en tido s eja cla ra m en te des crito pa ra o con texto des te tra ba lh o. 1.4.1 Na vega çã o Da rken [4] defin e n a vega çã o com o (1) Viajar pela água: barco à vela. (2) Conduz ir u m a d ireção através d e algu m m eio: conduz ir um avião. (3) Viajar m u ito: cam inhar.. A origem do term o n a vega çã o es tá in tim a m en te liga da à 20
m ovim en to direcion a do, n ã o im porta n do pa ra on de o n a vega dor irá (ou tem in ten çã o de ir). Porta n to, deve s er diferen cia do de loca liza çã o. 1.4.2 Loca liz a çã o com o Pepon is et a l. [48, cita do em 6], em 1990, des crevem loca liza çã o A h abilid ad e d e encon trar o cam inho para u m lugar particu lar d e um a m aneira convenien te, e d e reconhecer o d es tino quand o alcançad o.. A loca liza çã o es tá foca liza da n a n oçã o de con h ecim en to es pa cia l, ou s eja, o qu ã o bem o vis ita n te con s egu e s e locom over n o m u n do u s a n do s u a h a bilida de es pa cia l qu e, s egu n do Sa ta lich [6], é form a da por três dim en s ões bá s ica s : a percepção d o am bien te através d os s entid os, o proces s o cognitivo que leva ao aprend iz ad o s obre o am bien te e a percepção d o relacion am en to en tre os objetos d o am bien te.. Pode-s e dizer qu e loca liza çã o é o proces s o din â m ico de u s a r a h a bilida de es pa cia l e o con h ecim en to sobre n a vega çã o em u m a m bien te pa ra a lca n ça r o des tin o des eja do. Em ou tra s pa la vra s, loca liza çã o precede ou fa cilita n a vega çã o. Na vega çã o tra ta da a çã o de u m m ovim en to direcion a do e loca liza çã o tra ta de u m a a çã o cogn itiva en volven do res olu çã o de rota. 1.4.3 Orien t a çã o Segu n do Pa s s in i [33, cita do em 4], o term o orien ta çã o tem s u a s ra ízes n a pa la vra orien te, pelo cos tu m e, em a lgu m a s cu ltu ra s, de edifica r certa s con s tru ções (n orm a lm en te igreja s ou con s tru ções de im portâ n cia religios a ) ou en tra da s prin cipa lm en te à les te. Da rken [4] des creve a 21
pa la vra orien ta r com o (1) Virar para o les te. (2) Pos icion ar ou ajus tar, com o u m m apa, exatam en te em relação aos ponteiros d a bús s ola.. Segu n do Pa s s in i [33, cita do em 4], Orien tação es pacial e localiz ação proporcionam às pes s oas um a id éia s obre o es paço ad jacen te, s obre s uas pos ições no es paço e perm item m ovim en ta ção in tencional d entro d es s e es paço.. No con texto des ta pes qu is a, orien ta çã o s e refere a o con h ecim en to s obre in form a ções de direçã o em rela çã o a o a m bien te. Es te con h ecim en to pode s er a bsolu to ou rela tivo. Orien ta çã o a bsolu ta en volve orien ta r com rela çã o a u m s is tem a de coorden a da s es tá tico ta l com o o fa m ilia r s is tem a ca rdin a l de n orte, s u l, les te e oes te. Orien ta çã o rela tiva pod e s er a plica da a com pon en tes m óveis den tro de u m a m bien te. Por exem plo u m a viã o, n o qu a l o pa s s a geiro pode ir a té o ba n h eiro s em pen s a r n o m ovim en to qu e rea liza em rela çã o a o s olo. Um a pos içã o pode s er es pecifica da em term os de s u a iden tifica çã o a bsolu ta (por exem plo, com o defin ida por u m s is tem a de coorden a da s ) ou rela tiva m en te (por exem plo, pa ra a lgu m pon to de referên cia ). A Figu ra 1 (a ) m os tra u m exem plo de orien ta çã o a bsolu ta com rela çã o à direçã o n orte e ou tro de orien ta çã o rela tiva com rela çã o a o pon to de referên cia R, en qu a n to qu e n a Figu ra 1 (b) podem ser vis tos u m exem plo de pos içã o a bsolu ta com rela çã o a u m s is tem a de coorden a da s Ca rtes ia n o com origem (0,0) e ou tro de pos içã o rela tiva com rela çã o a u m pon to de referên cia R defin ido em term os de u m a dis tâ n cia D (D1 e D2) e de u m â n gu lo rela tivo α (α1 e α2). 22
Figura 1 : (a) Orie ntaç ão abs olut a e re lativa; (b) Pos iç ão abs oluta e re lativa. 1.4.4 Es p a ço d e Gra nd e Es ca la Um a m bien te de gra n de es ca la é defin ido por Ku ipers [46, cita do em 4] com o u m es paço cu ja es tru tura n ão pod e s er obs ervad a a partir d e um único pon to d e vis ta. Naturalm en te es ta d efinição d epend e d o obs ervad or, d e form a que u m a cid ad e pod e não s er cons id erad a d e grand e es cala s e vis ta a partir d e u m avião, enquan to que um m apa pod e s er d e grand e es cala s e vis to através d e um pequeno orifício.. Es ta defin içã o s erve pa ra m u n dos gra n des com o con tin en tes e ocea n os, m u n dos pequ en os com o m olécu la s qu a n do observa da s em gra n de es ca la e m u n dos pequ en os com o in teriores de con s tru ções qu e n ã o podem s er vis tos por com pleto s em ocu lta r s u a s pa redes. 1.4.5 Agen t e Um a gen te, s egu n do Ru s s el et a l. [37], é qu a lqu er en tida de qu e percebe s eu am bien te através d e s ens ores e atu a s obre es te am bien te através d e efetuad ores (atuad ores ).. Com o ilu s tra a Figu ra 2, os a gen tes percebem m u da n ça s n o 23
a m bien te em qu e vivem, fa zem in ferên cia s s obre a s in form a ções qu e percebera m pelos s en s ores, e depois execu ta m a ções a tra vés de efetu a dores (a tu a dores ). Percebem m odifica ções n o a m bien te verifica n do s e a s in form a ções verifica da s provoca m a ltera ções n o m odelo qu e gu a rda m do a m bien te. A M B I E N T E s e ns o re s ra ciocin a dor e fe tuado re s AGENTE m od elo d o a m b ien te Figura 2 : Um age nte ge né ric o. 1.4.5.1 Sen s ores Con form e Ru s s el et a l. [37], s en s ores s ã o com ponentes d o agente res pons áveis pela percepção d o am bien te em que es tão ins erid os, bem com o d o s eu es tad o in terno, a fim d e inferir as ações a s erem realiz ad as.. 1.4.5.2 Efetu a dores ou Atu a dores Ru s s el et a l. [37] defin e efetu a dores (a tu a dores ) com o com ponen tes d o agen te res pons áveis pela realiz ação d as ações no am bien te em que es tão ins erid os, com bas e nas percepções obtid as.. 24
Capít ulo 2 Mundos Virt uais Es te ca pítu lo des creve diferen tes ca tegoria s de m u n dos virtu a is, com o os m u n dos virtu a is textu a is, qu e s ã o bidim en s ion a is, e os m u n dos virtu a is tridim en s ion a is. Su a s prin cipa is ca ra cterís tica s, a plica ções e ben efícios s ã o a pres en ta dos. Além dis s o, s ã o m en cion a dos os prin cipa is a s pectos rela cion a dos a du a s a rqu itetu ra s propos ta s pa ra o des en volvim en to eficien te de a plica ções tridim en s ion a is. Não é im possível que a algum ser infinitam ente superior todo o universo não passe de um a só planície, sendo a distância entre planeta e planeta com o os poros de um grão de areia, e os espaços entre sistem a e sistem a, sem elhantes aos intervalos entre um grão e o adjacente. Sam uel Taylor Coleridge, Om niania.
2.1 In trod ução Nos ú ltim os a n os, o h ard w are e o s oftw are têm evolu ído de ta l form a qu e a m a ioria dos com pu ta dores é ca pa z de a pres en ta r cen á rios em 3D de a lta qu a lida de, prin cipa lm en te por ca u s a da dis pon ibilida de de h ard w are es pecia liza do qu e perm ite a vis u a liza çã o em 3D (a celera dores 3D [55]) e de s oftw are pa ra otim iza çã o (Open GL [68], Direct3D [58]). Divers os n ovos form a tos de m ídia estã o dis pon íveis e ta m bém ferra m en ta s pa ra s u a u tiliza çã o, perm itin do a cria çã o de ta is cen á rios 3D in tera gen tes (VRML [2], J a va [35], MM Fla s h [64] etc.). A In tern et en cora ja a cria çã o de a m bien tes pla n os e tridim en s ion a is. Gera lm en te eles s ã o m u n dos m u ltiu s u á rios, is to é, m u n dos n os qu a is vá rios pa rticipa n tes s epa ra dos fis ica m en te podem in tera gir de m a n eira virtu a l. Pa drões pa ra a cria çã o de a plica ções dis tribu ída s (J a va Bea n s [70], CORBA [32]) podem s ervir com o ba s e pa ra ta is m u n dos. Merecem m en çã o os n u m eros os m u n dos virtu a is ba s ea dos em texto exis ten tes a tu a lm en te, des critos m a is deta lh a da m en te n a s eçã o 2.2.1. Um a ca tegoria des tes s is tem a s, ch a m a da MOO (Multi-us er d im ens ion Object Orien ted ) ou MUD (Multi-Us er Dim ens ion), fu n cion a com o u m con ju n to de s a la s com pa rtilh a da s, n a s qu a is m ú ltiplos u s u á rios podem s e com u n ica r e tra ba lh a r ju n tos a tra vés de s is tem a s de ch at, por exem plo [19]. Por ou tro la do, a u tiliza çã o de m u n dos virtu a is grá ficos tem a u m en ta do ca da vez m a is. A s eçã o 2.2.2 des creve a s prin cipa is ca ra cterís tica s des tes a m bien tes grá ficos qu e es tã o s en do u tiliza dos com o in terfa ces tridim en s ion a is pa ra a plica ções divers a s, com o s is tem a s de in form a çã o qu e tra ta m des de o pla n eja m en to u rba n o a té tu ris m o e 26
en treten im en to, m odela gem de pa trim ôn io cu ltu ra l e edu ca çã o e trein a m en to. Vá ria s a plica ções n a s á rea s com ercia l e in du s tria l ta m bém têm s ido des en volvida s. Um a da s gra n des a plica ções da á rea de m odela gem de pa trim ôn io cu ltu ra l é a con s tru çã o de m u s eu s virtu a is [17], ba s ea dos em s eu s m odelos rea is e a m pla m en te u tiliza dos pa ra vis ita ta n to de es pecia lis ta s com o de tu ris ta s. O des en volvim en to de a plica ções tridim en s ion a is deve s er rea liza do ba s ea do em a rqu itetu ra s qu e pos s ibilitem a con s tru çã o de a plica ções m odu la res e dis tribu ída s. Os divers os com pon en tes de s oftw are devem s er reu tilizá veis, de form a a poderem s er u tiliza dos, tota l ou pa rcia lm en te, pa ra a plica ções de diferen tes dom ín ios. Além dis s o, a s pectos com o es tra tégia s de n a vega çã o, com pon en tes de s oftw are tridim en s ion a is pa ra repres en ta çã o da s in form a ções, en tre ou tros, devem s er leva dos em con s idera çã o du ra n te o projeto da a plica çã o, a fim de d es en volver u m a m bien te es tru tu ra do e a s s im evita r problem a s pos teriores qu a n do da explora çã o do m u n do pelo u s u á rio. Na s eçã o 2.3 es tes a s pectos s ã o a borda dos. 2.2 O Que S ão Mund os Virtu ais? Um m u n do virtu a l ou a m bien te virtu a l repres en ta u m determ in a do lu ga r virtu a l. Es te lu ga r virtu a l é com pos to por u m con ju n to de com pon en tes qu e tem com o objetivo tra n s m itir o s ign ifica do qu e ele repres en ta. Es tes a m bien tes virtu a is podem repres en ta r lu ga res rea is, ou s eja, lu ga res qu e exis tem n o m u n do rea l em qu e s e vive, com o p or exem plo o ca m pu s u n ivers itá rio da Un ivers ida de Federa l de Pern a m bu co (UFPE) [74], ou im a gin á rios, com o o m u n do virtu a l qu e con ta a h is tória de 27
u m corvo, ba s ea da n a len da W hy w e d ie [77]. Perm item a u m ou m a is u s u á rios explora rem e a tu a rem com o s e es tives s em rea lm en te pres en tes n o m u n do repres en ta do virtu a lm en te. A s en s a çã o de im ers ã o ou in corpora çã o qu e tra n s m item é s u a p rin cipa l ca ra cterís tica, fa zen do o u s u á rio s e s en tir m a is pres en te n o a m bien te e n ã o a pen a s olh a n do pa ra in form a ções n a tela do com pu ta dor. Modela r virtu a lm en te u m lu ga r exis ten te dá a oportu n ida de de criá - lo ta l com o exis te n a rea lida de, o qu e fa cilita a o vis ita n te o s eu recon h ecim en to e explora çã o. Em con tra pa rtida, m odela r lu ga res fictícios pos s ibilita cria r m u n dos qu e repres en ta m s itu a ções im pos s íveis n o m u n do rea l, com o a con exã o en tre m u n dos diferen tes, referida por Frery et a l. [13] com o virtu al w orm holes d en tro de a m bien tes. Os virtu al w orm h oles, in s pira dos con ceitu a lm en te n o Aleph [1] de J orge Lu is Borges, podem s er vis tos com o link s a tivos, u m a vez qu e s ã o bu ra cos n egros a tra vés dos qu a is u s u á rios s ã o s u ga dos e tra n s p orta dos en tre m u n dos. É pos s ível con s tru ir a m bien tes virtu a is pla n os (textu a is ) ou tridim en s ion a is. Os pla n os s ã o con s titu ídos ba s ica m en te de in form a çã o textu a l pa ra tra n s m itir u m certo con teú do (MUDs e va ria ções com o MOOs ). Atra vés des tes a m bien tes vá rios pa rticipa n tes podem rea liza r, por exem plo, con ferên cia s n a s qu a is a troca, em tem po rea l porém à dis tâ n cia, de m en s a gen s e docu m en tos é de gra n de relevâ n cia. Porém, com os con s ta n tes a va n ços tecn ológicos ta n to a n ível de h ard w are com o de s oftw are, a m bien tes tridim en s ion a is têm ga n h o es pa ço n a W eb. Oferecem a pos s ibilida de d a u tiliza çã o de objetos em três dim en s ões, coeren tes com o m u n do rea l, a lém de vá rios recu rs os m u ltim ídia com o im a gen s, vídeo e s om pa ra a u m en ta r seu rea lis m o e fa cilita r a repres en ta çã o da in form a çã o. 28
2.2.1 Mund os Virt u a is Text ua is Segu n do Dieberger [5], a m bien tes virtu a is textu a is u tiliza m o con ceito de lu ga r pa ra defin ir u m loca l dis tin to n o es pa ço. Con exões en tre os divers os lu ga res qu e com põem o a m bien te s ã o ch a m a da s de s a ída s. Con ceitu a lm en te s ã o m u ito s em elh a n tes a os link s dos h ipertextos [33], n o en ta n to, pelo s ign ifica do es pa cia l qu e a pres en ta m, s a ída s m os tra m u m a direçã o, com o s u l ou oes te. As s im com o em a m bien tes rea is, u m a tra jetória em u m a m bien te virtu a l textu a l é vis u a liza da com o u m elem en to lin ea r qu a n do s e fa z u m a repres en ta çã o m en ta l do a m bien te (im a gem a m bien ta l 2 ). Pes qu is a s com prova m qu e a s pes s oa s n ã o lem bra m vis u a lm en te de ca m in h os, m a s lem bra m a s s a ída s u tiliza da s pa ra s e des loca r en tre diferen tes loca is (pon tos de referên cia ). No a m bien te virtu a l textu a l o u s u á rio lê des crições textu a is de lu ga res. Es ta s des crições podem des crever u m edifício ou u m a trilh a em u m a flores ta. Um tipo im porta n te de m u n do virtu a l basea do em texto s ã o os Multi- Us er Dim ens ion. Su rgira m n o fin a l dos a n os 70, s en do ba s ta n te s im ila res a os jogos de a ven tu ra. Com o o próprio n om e já diz, MUDs s u porta m vá rios u s u á rios s im u lta n ea m en te, perm itin do-lh es explora r a m bien tes com pos tos por s a la s, objetos, pers on a gen s do a m bien te m odela dos com o a gen tes in teligen tes [19], a lém de ou tros u s u á rios. O a m bien te e s eu s com pon en tes podem tra ta r dos m a is va ria dos tem a s, depen den do do s eu 2 Segu n do Lyn ch [31, cita do em 4], im a gem a m bien ta l é a repres en ta çã o m en ta l qu e o u s u á rio fa z do a m bien te qu e es tá explora n do. 29
objetivo. Den tro de u m MUD ca da u s u á rio pode m a n ipu la r objetos, m over-s e de u m lu ga r pa ra ou tro, in tera gir com ou tros u s u á rios e rea liza r ta refa s com o joga r, en via r m en s a gen s eletrôn ica s ou cria r n ovos objetos. Mu ita s vezes é u tiliza da a m etá fora es pa cia l de u m a cida de ou pa is a gem. A Figu ra 3 m os tra u m exem plo de in tera çã o em u m MUD qu e repres en ta u m tea tro [19]. > olhar No palco. Este é o grande palco de madeira de um teatro pequeno usado para improvisações. O palco é descoberto, porém bem iluminado por holofotes ao alto. As poltronas do teatro erguem-se ao redor do palco em direção à escuridão. -- Existe uma saída óbvia: os bastidores. William Shakespeare. Uma torta de creme de banana. > examinar holofotes No alto do palco, holofotes brilhantes iluminam os atores. > pegar torta Ok. > comer torta Não parece muito apetitoso. > dizer Olá, Will! Você exclama: Hi, Will! William Shakespeare diz: Um dia maravilhoso para o senhor. > sorrir para Shakespeare Você sorri alegremente para William Shakespeare. William Shakespeare faz uma reverência. Figura 3 : Um a int e raç ão e m um MUD. Nes te exem plo o a va ta r, ou s eja, o repres en ta n te do u s u á rio n o a m bien te, es tá pa ra do em u m dos pa lcos de u m tea tro, ju n to com Willia m Sh a kes pea re e u m bolo de crem e de ba n a n a. Utiliza n do u m a s in ta xe previa m en te defin ida pa ra o a m bien te, o u s u á rio pode exa m in a r o lu ga r, 30
pega r e m a n u s ea r o bolo e con vers a r com Sh a kes pea re (os com a n dos do u s u á rio a pa recem em n egrito). Sh a kes pea re é u m a gen te m u ito lim ita do qu e pode rea liza r certa s a ções com o cu m prim en ta r e s orrir, a lém de rea gir a a lgu m a s a ções do u s u á rio. Apes a r da cres cen te popu la rida de dos a m bien tes grá ficos, e a té a exis tên cia de in crem en tos grá ficos pa ra a m bien tes ba s ea dos em texto, os MUDs con tin u a m s en do u m m eio excelen te pa ra com u n ica çã o em m u n dos virtu a is. 2.2.2 Ta xon om ia d e Rea lid a d e Virt ua l A Rea lida de Virtu a l é u m a da s form a s m a is a va n ça da s de in terfa ce exis ten te n a a tu a lida de, pois perm ite a vis u a liza çã o, m a n ipu la çã o e explora çã o de in form a ções tridim en s ion a is em tem po rea l. Oferece a pos s ibilida de de cria r a m bien tes qu e pos s u a m três ca ra cterís tica s bá s ica s : 9im ers ã o: s en s a çã o de es ta r den tro do a m bien te; 9in tera çã o: pos s ibilida de do u s u á rio in terferir com o qu e a con tece n o a m bien te, e vice-vers a ; 9en volvim en to: ca pa cida de do a m bien te m otiva r o u s u á rio a pa rticipa r. Es ta s ca ra cterís tica s têm con tribu ído pa ra a u tiliza çã o de in terfa ces de Rea lida de Virtu a l (m u n dos virtu a is tridim en s ion a is ) em n u m eros a s á rea s de a plica çã o, ca da vez m a is com plexa s, ou s eja, qu e pos s u em u m gra n de n ú m ero de fu n cion a lida des, a lto n ível de in tera çã o e, a o m es m o tem po, qu e s a tis fa zem o u s u á rio. Am bien tes tridim en s ion a is pos s u in do divers os n íveis de im ers ã o podem s er cria dos, depen den do da n eces s ida de da a plica çã o e dos recu rs os de h ard w a re/ s oftw are dis pon íveis. O ch a m a do n ível de im ers ã o 31
texto, des crito n a s eçã o a n terior, a p es a r de n eces s ita r de requ is itos m ín im os pa ra s er u tiliza do, é pou co rea l pelo u s o exclu s ivo d e im ers ã o por con teú do. Por ou tro la do, os a m bien tes com im ers ã o com pleta do u s u á rio (im ers ivos ) perm item qu e o u s u á rio s e s in ta com pleta m en te in tegra do a o m u n do, o qu e a con tece gra ça s à u tiliza çã o de dis pos itivos es pecia is com o ca pa cetes (Head Mounted Dis play s ) e CAVE. A Figu ra 4 exibe o m u n do virtu a l im ers ivo qu e repres en ta o a eroporto de Detroit [73]. Nela pode-s e observa r a u tiliza çã o de ca pa cetes e do CAVE. Figura 4 : Mundo virtual im e rs ivo. Mu n dos virtu a is qu e u tiliza m o n ível de im ers ã o de es critório, ta m bém ch a m a do m odelo a qu á rio ou ja n ela n o m u n do, s ã o con h ecidos com o n ã o im ers ivos e s ã o, a tu a lm en te, os m a is u tiliza dos por exigirem m en os recu rs os de h ard w are e s oftw are, en qu a n to qu e oferecem a pos s ibilida de de m odela r a m bien tes ba s ta n te rea lis ta s e in tu itivos. Nã o pos s ibilita m im ers ã o tota l do u s u á rio, fa zen do u s o de m on itores de com pu ta dor pa ra exibiçã o do m odelo tridim en s ion a l, m a s con s egu em u m ótim o n ível de en ga ja m en to do m es m o qu a n do da u tiliza çã o do a m bien te. A Figu ra 5 ilu s tra o projeto Ca m pu s Virtu a l da UFPE, u m a a plica çã o n ã o 32
im ers iva qu e repres en ta o ca m pu s u n ivers itá rio da UFPE [24]. Figura 5 : Alguns pré dio s pe rte nc e n tes ao Cam pus Virtual da UFPE. Atra vés da u tiliza çã o de RV é pos s ível a m odela gem de m u n dos virtu a is tridim en s ion a is s egu n do ca ra cterís tica s con h ecida s do m u n do rea l: 9a m odela gem geom étrica dos objetos qu e com põem o m u n do (por exem plo, qu a dros expos tos em u m m u s eu de a rte s ã o m odela dos com o ca ixa s ); 9a m odela gem fís ica do a m bien te, qu e pos s ibilita qu e u m pers on a gem virtu a l n ã o con s iga a tra ves s a r u m a pa rede s ólida ; 9a m odela gem do com porta m en to de objetos e pers on a gen s do a m bien te (o qu e o a va ta r, gu ia do u s u á rio em u m m u s eu virtu a l, fa z qu a n do s e a proxim a de u m qu a dro expos to, p or exem plo) s ã o opções qu e en riqu ecem o m u n do. Mu n dos virtu a is podem repres en ta r, a tra vés de objetos tridim en s ion a is, toda ca tegoria de in form a çã o. A repres en ta çã o virtu a l de u m a cida de rea l, con ten do loja s, ba n cos, s u perm erca dos, es cola s etc. pode s er u m a réplica do m odelo rea l, con ten do a s in form a ções geográ fica s 33
e u rba n a s precis a s da cida de (on de es tá loca liza do o ba n co n a cida de), in form a ções con ceitu a is (u m a va ta r tra ja do com rou pa s típica s, ga ú ch a s por exem plo, da regiã o de procedên cia da cida de, in form a n do a o vis ita n te s obre a cu ltu ra ) e in form a ções a rqu itetôn ica s (o m odelo do prédio do ba n co s egu n do s eu form a to n o m u n do rea l). 2.3 Des envolvim en to d e Am bien tes Trid im ens ion ais Con ceitu a lm en te, u m m u n do virtu a l é u m es pa ço. Porta n to, es pa ço e problem a s in eren tes a o es pa ço, com o des orien ta çã o du ra n te a n a vega çã o, devem s er con s idera dos com o pa rte in trín s eca d o proces s o de projeto de m u n dos virtu a is, prin cipa lm en te de gra n de es ca la. Segu n do pes qu is a s rea liza da s por Da rken [4], os m es m os prin cípios u tiliza dos pa ra con s tru ir a m bien tes rea is propos tos por Lyn ch [31, cita do em 4]: in ves tiga çã o s obre com o a tivida des de loca liza çã o s ã o rea liza da s em a m bien tes u rba n os ; e por Pa s s in i [33, cita do em 4]: es tu do s obre projetos a rqu itetôn icos s ã o eficien tes n o projeto de m u n dos virtu a is. Es ta a firm a çã o es tá ba s ea da em evidên cia s psicológica s, s u gerin do qu e o fu n da m en to des tes prin cípios en con tra -s e n a teoria cogn itiva e h a bilida des es pa cia is do s er h u m a n o e, porta n to, é in depen den te do tipo de a m bien te pa ra o qu a l é a plica do. Us u á rios qu e n a vega m por a m bien tes qu e fora m projeta dos leva n do em con s idera çã o s u a s n eces s ida des (por exem plo, objetos tridim en s ion a is in tu itivos u tiliza dos pa ra repres en ta çã o da s in form a ções n o a m bien te, com pon en tes n o a m bien te qu e a u xiliem n a bu s ca de in form a ções, diferen tes vis ões do a m bien te qu e a u xiliem n a s u a explora çã o etc.) n ã o a pen a s rea liza m a tivida des de loca liza çã o com m a ior fa cilida de e eficiên cia, m a s ta m bém dem on s tra m s a tis fa çã o com rela çã o a o es pa ço e u m a lto n ível de con forto [16]. 34
2.3.1 Arqu it et ura s Nes ta s eçã o du a s a rqu itetu ra s pa ra s istem a s de Rea lida de Virtu a l s ã o a pres en ta da s : Bridge e MAVERIK. 2.3.1.1 Bridge Na m edida qu e a com plexida de da s a plica ções de a m bien tes virtu a is a u m en ta, ta m bém a s in terfa ces pa ra es ta s a plica ções n eces s ita m de u m m a ior poder com p u ta cion a l pa ra a a pres en ta çã o da s in form a ções. Con s equ en tem en te, a plica ções de a m bien tes virtu a is dem a n da m com pu ta çã o e com u n ica çã o en tre repres en ta çã o e a pres en ta çã o de con teú do de a lto des em pen h o, bem com o s u porte pa ra técn ica s de in tera çã o en tre o u s u á rio e o a m bien te robu s ta s pera n te n ova s tecn ologia s de in terfa ce e es tru tu ra s de diá logo 3 pa ra com u n ica çã o da a plica çã o com os clien tes. A a rqu itetu ra Bridge [11] s u bdivide os requ is itos de des en volvim en to em rela çã o a qu es tões de des em pen h o (com o o m u n do virtu a l opera e execu ta s u a s fu n cion a lida des ) e progra m a çã o (o qu e o m u n do virtu a l fa z). Os prin cipa is requ is itos rela tivos a o des em pen h o s ã o: 9ta xa de exibiçã o de qu a dros (fram e rate) n ã o in ferior a dez qu a dros por s egu n do, s ob pen a de provoca r des orien ta çã o a o u s u á rio; 9res pos ta a en tra da s do u s u á rio, a qu a l d everá s er m en or qu e 300 m s., depen den do do dis pos itivo de en tra da de da dos em qu es tã o; 3 Nes te con texto, u m diá logo é a en u m era çã o de todos os pa res de a çã o(ões ) do u s u á rio-res pos ta (s ) do s is tem a. Pode-s e dizer qu e é a lin gu a gem pela qu a l o u s u á rio e a a plica çã o con vers a m. 35
9velocida de de com u n ica çã o en tre dois pon tos, lógicos ou fís icos (por exem plo, divers os proces s a dores ou m ódu los de s oftw are); 9s u porte a m ú ltiplos dis pos itivos de en tra da e s a ída, s im u ltâ n eos ; 9s u porte a dis pos itivos lógicos (objetos com geom etria e com porta m en to a s s ocia dos ), com pa rá veis a os m en u s e ca ixa s de diá logo da s in terfa ces ba s ea da s em ja n ela ; 9s u porte a even tos con tín u os e dis cretos. Even tos con tín u os dizem res peito a ocorrên cia s qu e a con tecem repetida m en te por a lgu m tem po, com o o m ovim en to de u m track er pa ra con trola r a pos içã o do u s u á rio n o m u n do virtu a l, en qu a n to qu e os dis cretos s ã o ocorrên cia s is ola da s com o a in ters eçã o en tre dois objetos. Com rela çã o à progra m a çã o os requ is itos de des en volvim en to s ã o: 9in terfa ce de progra m a çã o in tu itiva, orga n iza n do o s is tem a a pa rtir do pon to de vis ta do progra m a dor qu e, n es te ca s o, des em pen h a o pa pel de u s u á rio fin a l da a plica çã o; 9exten s ibilida de, perm itin do qu e o s is tem a s e a da pte a, por exem plo, n ovos dis pos itivos, s em gra n des a ltera ções n a a plica çã o; 9flexibilida de, s u porta n do m étodos rá pidos de m odifica çã o do s is tem a ; 9proces s o de s im u la çã o a n exa do, a tra vés de u m m eca n is m o pelo qu a l proces s os pes a dos com o u m a s im u la çã o podem s er execu ta dos s epa ra da m en te, s em s a crifica r a com u n ica çã o com o proces s o de a n im a çã o qu e con trola a in terfa ce; 9s u porte à des criçã o e con trole do diá logo, ou s eja, a o des en volvim en to de in tera ções de a lto n ível com u m a a plica çã o. O des en volvedor deve poder con s tru ir u m a lin gu a gem pela qu a l o u s u á rio s e com u n iqu e com o s is tem a ; 36