Projeto Museu Virtual: Criação de Ambientes Virtuais com Recursos e Técnicas de Realidade Virtual Cristina Jasbinschek Haguenauer 1,2 Gerson Gomes Cunha 2 Francisco Cordeiro Filho 1 Marcos Coutinho Monnerat Araujo 1,2 Leonardo de Santa Marinha Pastorino de Almeida 1, 2 Augusto de Freitas Lohmann 1 1 Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação Escola de Comunicação Universidade Federal do Rio de Janeiro WWW.latec.ufrj.br, e-mail:latec@ufrj.br 2 Grupo de Realidade Virtual aplicada Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia GRVa/LAMCE/COPPE Universidade federal do Rio de Janeiro grva@lamce.ufrj.br Resumo Este artigo apresenta um projeto de pesquisa, que vem sendo desenvolvido na Universidade Federal do Rio e Janeiro, com o objetivo de desenvolver tecnologias e metodologias para a digitalização do acervo de museus. Fruto de uma parceria entre diferentes grupos de pesquisa, o Projeto Museu Virtual envolve áreas como Educação, Computação, Engenharia, Comunicação, Museologia e Linguística Aplicada. São utilizados os recursos e técnicas da Realidade Virtual e Tecnologias da Informação e da Comunicação na criação de Ambientes Virtuais. Palavras-chave: Realidade Virtual; Tecnologias Digitais; Games. 1
O Projeto Museu Virtual O Projeto Museu Virtual tem como objetivo principal desenvolver tecnologias e metodologias para a digitalização do acervo de museus e a criação de Ambientes Virtuais imersivos e interativos capazes de promover a aprendizagem envolvendo o acervo de Museus. Esse projeto envolve a integração das atividades de ensino, pesquisa e extensão em diversas áreas da Universidade: Museologia, Computação, Engenharia, Educação, Comunicação e Lingüística Aplicada. 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. O Projeto Museu Virtual surgiu com a parceria entre três grupos de pesquisa da Universidade Federal do Rio de Janeiro: o Grupo de Realidade Virtual aplicada, do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia LAMCE/COPPE/UFRJ, o Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação da Escola de Comunicação LATEC/UFRJ e o Grupo de Ensino de Ciências e Meio Ambiente da Faculdade de Educação GEA/FE/UFRJ. O Projeto Museu Virtual representa forma de aproximar crianças e jovens das ciências básicas, além de aproximar os museus do ideal de transformá-los em instituições de educação e entretenimento. Uso de Realidade Virtual na Virtualização de Museus 2
No desenvolvimento do Projeto Museu Virtual são utilizadas diversas ferramentas e técnicas da Realidade Virtual, como (a) VRML - (Virtual Reality Modelling Language); (b) Realidade Aumentada; (c) Reconstrução Digital; e (d) Núcleos de Games, descritas a seguir. Virtual Reality Modelling Language - VRML O VRML (Virtual Reality Modelling Language) é o equivalente em 3 dimensões da linguagem comumente utilizada para a criação de páginas na Internet, o HTML (Hyprtext Markup Language). As figuras 1 e 2 mostram telas de um ambiente 3D criado com a linguagem VRML (disponível em www.latec.ufrj.br/http://www.latec.ufrj.br/realidadevirtual.htm). Figura 1: Ambiente virtual desenvolvido com VRML. 3
Figura 2: telas do Ambiente Virtual. Realidade Aumentada Um ambiente de Realidade Aumentada consiste da inserção de objetos virtuais em ambientes reais digitalizados em tempo real, onde as cenas formadas dão a impressão de que os objetos virtuais pertencem ao mundo real. Suas aplicações envolvem diversos campos de conhecimento, como por exemplo educação, entretenimento e medicina entre outros. A figura 1 apresenta um esquema de um sistema típico de Realidade Aumentada, onde uma Webcam filma uma planta e o software acrescenta uma fada à cena, em tempo real. 4
Figura 1: Esquema de um sistema típico de RA. Reconstrução Digital No Projeto Museu Virtual são utilizadas também técnicas de reconstrução digital em três dimensões por meio de fotografias, com o objetivo de recriar, no computador, os objetos reais, para compor a modelagem do ambiente. Técnicas de modelagem e renderização baseadas em imagem auxiliam na criação de modelos gráficos mais realísticos com uma necessidade menor de trabalho e equipamentos em comparação com métodos alternativos como a modelagem manual (em CAD ou em software de modelagem 3D) ou a utilização de scanners a laser. O Programa 3D SOM (3D Software Object Modeller), desenvolvido pela Creative Dimension Software Ltd, foi utilizado para auxiliar na reconstrução dos objetos a 5
serem inseridos no projeto. O programa utiliza a técnica de recorte das silhuetas de imagens capturadas dos objetos. O processo consiste na captura de fotografias dos objetos reais sobre um pedestal posicionado ao centro de um gabarito com um padrão de marcadores, que será reconhecido pelo programa 3D SOM para identificar o posicionamento da câmera fotográfica em relação ao objeto. Por fim, o conjunto objeto-pedestal-gabarito é fotografado sobre um fundo monocromático de forma a permitir que o programa reconheça a silueta dos objetos fotografados. A figura 3 mostra uma das 55 fotografias utilizadas para a reconstrução digital de um objeto e a figura 4 mostra o resultado final da modelagem em 3 dimensões utilizando-se o software 3D SOM. A figura 5 mostra detalhes da reconstrução digital de um casco de tartaruga. Figura 3: Objeto posicionado para ser fotografado. 6
Figura 4: Objeto modelado e publicado na internet. Figura 5: Detalhes da Reconstrução digital de um casco de tartaruga. 7
Utilização de Núcleos de Games Para a construção de cenários virtuais de museus, do projeto Museu Virtual, podem ser utilizados núcleos de games. Neste caso, foi utilizado o Unreal Engine 2. O Unreal Engine é uma ferramenta de criação de jogos (núcleo de game ou game engine), largamente utilizada em pesquisas acadêmicas, desenvolvida pela Epic Games. Tendo aparecido pela primeira vez no jogo de tiros em primeira pessoa Unreal, de 1998, o Unreal Engine tem sido a base de muitos jogos, incluíndo Unreal Tournament, Mass Effect, Tom Clancy's Rainbow Six 3: Raven Shield, Tom Clancy's Rainbow Six: Vegas, Red Steel, Gears of War, BioShock, Tactical Ops e muitos outros. (http://en.wikipedia.org/wiki/unreal_engine). Sua aplicação, no entanto, não se limita a criação de jogos, pois possui recursos muito poderosos para o desenvolvimento de cenários tridimensionais para simulações e aplicações de Realidade Virtual. Uma das principais vantagens de se usar o Unreal Engine 2 para a criação de ambientes virtuais é o fato de ser gratuito para fins não comerciais, permitindo seu uso para pesquisas acadêmicas com economia de recursos. Para a construção do Cenário Virtual em 3 dimensões, mostrado nas figuras 6 e 7, foram utilizadas, em sua grande maioria, as ferramentas de modelagem do próprio editor do Unreal Engine. Apenas alguns modelos de objetos foram desenvolvidos no software de modelagem 3D gratuito Blender, como grades, luminárias e bancos. 8
Figura 6: Cenário Digital criado com o núcleo do game Unreal. Figura 7: Cenário Digital criado com o núcleo do game Unreal. 9
Para a geração das texturas foi utilizado o software de edição de imagens Adobe Photoshop. Com ele, foram geradas as imagens de portas, janelas, pisos e paredes a partir de fotografias do ambiente real. Geralmente, respeitar a arquitetura real do museu agrega mais valor à exposição virtual. Assim sendo, foram utilizadas imagens reais, com base em fotografias e plantas de arquitetura, para a criação dos elementos do Ambiente Virtual, a fim de aproximar o mais possível o Ambiente Virtual do Ambiente Real. O ambiente virtual dá a oportunidade de apresentar exposições de formas impossíveis em um ambiente real de um museu (LEPOURAS, 2004, p. 124). Algumas formas de interação do usuário com o cenário, disponibilizadas pelo Unreal Engine 2 foram inseridas para aumentar a possibilidade de imersão do usuário com o sistema, melhorando a sua experiência de navegação. A própria ferramenta possui um sistema de publicação para executar o cenário virtual com muito realismo, mesmo em um computador pessoal de capacidade média (LEPOURAS, 2005, p. 99). Além disso, o Unreal Engine tem suporte para o uso de sistemas de realidade virtual imersivos como óculos 3D, displays estéreo, CAVE etc. (LEPOURAS, 2005, p.100). Considerações Finais O Projeto Museu Virtual mostra exemplos de aplicações de técnicas e metodologias baseadas em recursos de Realidade Virtual com o objetivo de ampliar o interesse do público pelos acervos dos museus. Este projeto tem especial alcance junto ao público jovem, devido ao seu interesse pelas novas linguagens digitais. 10
Os materiais desenvolvidos no âmbito do Projeto Museu Virtual podem ser utilizados como material didático para estudantes de nível fundamental, médio e de graduação universitária, ampliando o acesso aos acervos de museus e, além disso, tornado o estudo mais interessante e divertido. O desenvolvimento de aplicações em Realidade Virtual para o Projeto Museu Virtual utiliza técnicas plenamente acessíveis do ponto de vista de software, hardware e do conhecimento técnico necessário para o desenvolvimento dos Ambientes Virtuais. As técnicas de Realidade Virtual podem oferecer ao visitante de uma exposição virtual, um nível de interação maior que o encontrado em uma exposição real, nos moldes tradicionais. Referências LEPOURAS, G., KATIFORI, A., VASSILAKIS, C., CHARITOS, D., 2004, Real Exhibitions in a Virtual Museum, Virtual Reality, n. 7, pp 120-128. LEPOURAS, G., VASSILAKIS, C., 2005, Virtual museums for all: employing game technology for edutainment, Virtual Reality, n. 8, pp 96-106. The Official Army Game Americas Army. http://www.americasarmy.com BRAGA, Isis, F. Realidade Aumentada em Museus: AS Batalhas do Museu Nacional de Belas Artes, RJ. Tese de Doutorado. COPPE/UFRJ. 2007. MARINS, Vania N., HAGUENAUER, Cristina, J., CUNHA, Gerson, G. G., CORDEIRO FILHO, Francisco. Aprendizagem em Museus com Uso de Tecnologias Digitais e Realidade Virtual. Revista realidade Virtual Volume 1- n o 1- Janeiro/Junho de 2008. Disponível em http://www.latec.ufrj.br/revistarealidadevirtual/numeros.htm. 11
Cristina Jasbinschek Haguenauer Graduada em Engenharia Civil pela UERJ (1985), Mestre em Engenharia pela PUC-RJ (1988) e Doutora em Ciências e Engenharia pela UFRJ (1997). Professora Associada da Escola de Comunicação da UFRJ; 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, Hipermídia, Jogos Educativos, Ambientes Virtuais de Aprendizagem, Portais de Informação e Realidade Virtual. Coordenadora do Laboratório de Pesquisas em Tecnologias da Informação e da Comunicação - LATEC/UFRJ. Gerson Gomes Cunha Doutor em Engenharia Civil pelo Programa de Engenharia Civil da COPPE/UFRJ (2004), Mestre em Engenharia Civil pelo Programa de Engenharia Civil da COPPE/UFRJ (1991), Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1985). Atualmente é Engenheiro/Pesquisador da Universidade Federal do Rio de Janeiro, Socio Gerente da Simset Tecnologia de Simulação Ltda., Pesquisador Participante do Fundação COPPETEC. Coordenador do Grupo de Realidade Virtual aplicada do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia (GRVa/LAMCE/COPPE/UFRJ). Tem experiência na área de Ciência da Computação, com ênfase em Metodologia e Técnicas da Computação. Atuando principalmente nos seguintes temas: Realidade Virtual, Computação Gráfica, Plataformas Flutuantes, Exploração de Petróleo. 12
Francisco Cordeiro Filho Doutor em Educação Brasileira pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (1992), Mestre em Educação pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (1983), Licenciado em Física pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (1967). Professor Associado da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Coordena o grupo de Educação Ambiental e Ensino de Ciências (GEA/UFRJ); é vice coordenador do Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação (Latec/UFRJ). Desenvolve pesquisas sobre Formação de Professores, Teorias e Práticas Pedagógicas e Teorias e Métodos de Ensino de Ciências e Educação Ambiental. Leonardo de Santa Marinha Pastorino de Almeida Possui graduação em Tecnólogo em Processamento de Dados pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (1997). Atualmente faz parte da equipe de pesquisadores do Projeto Museu Virtual, que está sendo desenvolvido pelo Grupo de Realidade Virtual Aplicada do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia (LAMCE/COPPE/UFRJ) em Parceria com o Laboratório de Pesquisas em Tecnologias da Informação e da Comunicação - LATEC/UFRJ. Tem experiência na área de Processamento de Dados, com ênfase em Software Básico. Marcos Coutinho Monnerat Araujo Mestrando em Sistemas Computacionais na Coppe/UFRJ, possui graduação em Desenho Industrial pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (2003). Tem experiência na área de Desenho Industrial, com ênfase em Comunicação Visual, Webdesign, Educação a Distância e Realidade Virtual, atuando principalmente nos seguintes temas: realidade virtual, reconstrução 3D, design e educação à distância. 13
Augusto de Freitas Lohmann Formado em Comunicação Social, nas habilitações Radialismo (2005) e Jornalismo (2009) pela Escola de Comunicação da UFRJ. Desenvolve projetos de criação, desenvolvimento e manutenção de sites para empresas de todas as áreas e segmentos, utilizando linguagem html, php, asp ou actionscript (flash). Participa da equipe do LATEC/UFRJ desenvolvendo pesquisas sobre Ambientes Virtuais de Aprendizagem. 14