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LABORATÓRIOS VIRTUAIS CONTRIBUINDO COM
PROJETOS REAIS
VIRTUAL LABS CONTRIBUTING WITH REAL PROJECTS
Natal Anacleto Chicca Junior 1
Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), SC
Alice Theresinha Cybis Pereira 2 Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), SC
Resumo O incrível avanço tecnológico permite hoje recriar edificações reais em ambientes virtuais. Desta forma, existe a possibilidade de realizar diversos estudos no ambiente virtual e com o seu melhor resultado aplicá-lo nas edificações reais diminuindo assim o custo e a margem de erro dos projetos. Palavras-chave: projetos, realidade virtual, representação. Abstract The incredible technological advance allows today the possibility to recreate real constructions in virtual environments. There is the possibility to carry through diverse studies in the virtual environment and taking its better results to apply in the real constructions reducing the cost and the amount of error of the projects. Key words: projects, virtual reality, representation.
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1. A interface gráfica representativa
Figura 1: A traição das imagens, obra de Magritte. Fonte: http://www.atelier-aaa.com/images/2006_livre_Magritte/Rene_Magritte-
La_trahison_des_images-1300px.jpg.
René Magritte nasceu em 21 de novembro de 1898, em Lessines, na Bélgica. Em 1915, ele pintou a obra conhecida como “La trahison des images” (A traição das imagens – Figura 1), que de acordo com Campos (2006) iniciaria uma sequência de obras que dariam tanto o destaque à dualidade de informação (imagem e texto controversos) quanto à própria imagem do cachimbo utilizada em outras pinturas. Uma aparência enganosa, já que sua obra não contém objetos, mas somente representações pictóricas de objetos. "Isto não é um cachimbo" ("Ceci n'est pas une pipe"), provoca a frase pintada por ele debaixo de um cachimbo, que não era mesmo um cachimbo mas somente a pintura de um cachimbo. O artista surrealista coloca a dúvida na cabeça do observador. E feita esta distinção, vemo-nos às voltas não mais com um cachimbo (que nem era mesmo um cachimbo, mas somente a pintura de um cachimbo). Desde os tempos mais remotos o homem se utiliza de representações. As pinturas nas cavernas como forma de retratar o cotidiano ou mesmo uma espécie de homenagem a um dia próspero de caça é uma espécie de utilização do desenho como representação. Para Hamit (1993, pág. 36), os seres humanos registraram suas ações pela primeira vez de três formas: desenho, narrativa e representação. As primeiras línguas escritas eram pictográficas e, o autor coloca que até onde se sabe, alguns povos, como os Maias, nunca desenvolveram algo além disso. O autor ainda aponta que é uma ironia pensar que o progresso das linguagens e interfaces de computador nos fez,
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ultimamente, voltar a usar ícones, formas pictográficas, como meios mais convenientes de nos expressarmos do que a língua escrita. Scott McCloud (2005) destaca as imagens como informações recebidas, pois ninguém precisa de educação formal para “entender a mensagem”. Ela é instantânea. Em contraponto, coloca a escrita como uma informação percebida. Pois é preciso conhecimento especializado para decodificar os símbolos abstratos da linguagem. Deste modo, é possível considerar as imagens como de mais fácil entendimento do que a escrita. Pois mesmo sem um conhecimento prévio, o ser humano é capaz de identificar imagens. Seguindo o pensamento que as linhas de comando na interface homem-máquina não eram satisfatórias para o usuário, o Centro de Pesquisas Palo Alto (Palo Alto Research Center – PARC) da Xerox desenvolveu um programa de janelas, que usava ícones visuais e o mouse, ao invés de comandos digitados. Hamit (1993, pág. 66) coloca que todas as criações da Xerox são orientadas para o principal negócio da firma: criação e reprodução de documentos dentro do ambiente do escritório. O ambiente operacional remetia a uma área de trabalho de escritório, o famoso “desktop”. Hamit (1993, pág. 66) explica que na verdade, os pesquisadores do PARC criaram computadores pessoais para uso próprio. Os computadores tinham ícones, janelas e o primeiro mouse desenvolvido por Doug Engelbart, e muitas outras características posteriormente licenciadas para a Apple, para as linhas de computadores Lisa e Macintosh, depois que a administração da Xerox decidiu que essas inovações não podiam ser exploradas comercialmente. A “conquista” dos direitos de utilização da interface gráfica da Xerox pela Apple pode ser vista na dramatização produzida pelo canal de televisão TNT na série que posteriormente foi transformada em filme chamada “Os piratas do Vale do Silício”. O filme fala da ascensão da Apple e da Microsoft no império de computadores pessoais até então liderado pela IBM. O Lisa foi um computador pessoal (Personal Computer ou simplesmente “PC”) revolucionário lançado pela Apple Computer em 1983. Foi o primeiro PC a ter um mouse e uma interface gráfica. Essa interface foi inspirada nas estações de trabalho Xerox. A idéia atrás do Lisa era tornar os computadores mais fáceis de usar, aumentando assim a produtividade. O projeto Lisa começou em 1978. Steve Jobs, co-fundador da Apple, participou de seu desenvolvimento até 1982, quando se juntou ao projeto Macintosh. Quando os microcomputadores atacaram o ambiente comercial e começaram a dominá-lo, programas aplicativos que funcionavam com interfaces gráficas para usuários se tornaram uma imposição. Nesse meio tempo, os computadores pessoais passaram por uma transformação contínua, com cada geração mais poderosa e adaptável do que a anterior. 2. O avanço das ferramentas gráficas Segundo Francis Hamit (1993, pág. 18), a principal abordagem da interação homem-computador foi, desde o início, reducionista: uma busca de meios para tornar a
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interface um ato totalmente natural. O autor ainda coloca que há uma evolução normal entre escrever seqüências de código binário e passar a utilizar caracteres alfanuméricos entrados pelo teclado, ou ainda inovações como a caneta ótica, a tela de toque e o mouse. Num estágio mais avançado do que o mouse está a luva, que permite ao usuário colocar a mão, literalmente, dentro do monitor e mover objetos. Cada passo desse avanço está voltado para o objetivo de tornar o computador amigável. Uma grande contribuição para esta interação homem-computador viria a surgir com o Dr. Ivan Sutherland, que trabalhando em Harvard, desenvolveu o Sketchpad, o primeiro programa de computação gráfica, e começou a experimentar um visor tridimensional em 1966, como estudante de graduação da Universidade de Utah. O Sketchpad abriu os olhos de outras pessoas para as possibilidades oferecidas pelas imagens gráficas geradas por computador. Era um programa que permitia aos usuários desenhar objetos em tempo real e, em suas últimas versões, em perspectiva tridimensional. Também era possível girar, escalonar, copiar e apagar as imagens. Esta abordagem da modelagem interativa em computador para projetos de engenharia foi a base para um grande número de aplicações que revolucionaria a indústria mundial. Desta forma ele ficou considerado como o verdadeiro precursor dos programas CAD que estariam por vir. Grande parte do trabalho em computação gráfica nas duas últimas décadas teve como objetivo a automatização do processo de elaboração de projetos de engenharia. O Computer-aided design (CAD) e seu complemento, o Computer-aided manufacturing (CAM) evoluíram para uma disciplina integrada, às vezes conhecida como CAD/ CAM ou Computer-integrated manufacturing (CIM). No início, o CAD trabalhava com gráficos de malha, desenhos bidimensionais; ele agora inclui imagens tridimensionais totalmente modeladas, que podem ser manipuladas para simular a ação física do mundo real. Hamit (1993, pág. 202) coloca que alguns profissionais da indústria de computação gráfica dizem que isso é “melhor do que a vida real”, por causa da velocidade com que as mudanças podem ser feitas, e por causa da capacidade de tornar partes da imagem transparentes, permitindo que as simulações animadas sejam facilmente analisadas. Anos atrás, a disponibilidade dessas tecnologias de automação forçou uma reavaliação do design. Em muitas indústrias, como a aeroespacial, automobilística, de construção civil, o projeto era concluído, representado como um modelo físico e depois construído. Não havia maneira adequada de testar o projeto, construindo um protótipo menor. Com o desenvolvimento contínuo da computação gráfica e de aplicações de inteligência artificial, como sistemas especialistas, tornou-se possível montar protótipos, utilizando modelos de computador em lugar de modelos físicos. O sistema CAD/CAM pode ser aplicado também em construção de prédios, utilizando uma representação, no mundo virtual, de um projeto que permite que o arquiteto, o empreiteiro ou o comprador andem por dentro dele, antes de estar construído. Empregando este sistema, o designer pode modelar construções e outros objetos rapidamente, movimenta-los para testar com funcionam juntos e ensaiar, de verdade a montagem do espaço e/ ou projeto concluído. O CAD se transformou no meio de escolha do designer, porque permitia representações que podiam ser animadas e testadas quanto à viabilidade, antes da
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fabricação real. Alguns usuários consideram esses programas “melhores do que a realidade”, pela maneira como os desenhos podem ser alterados, tornados transparentes e manipulados rapidamente. 3. A Realidade Virtual A Realidade Virtual (RV) pode ser definida como uma forma das pessoas visualizarem, manipularem e interagirem com computadores e dados extremamente complexos (AUKSTAKALNIS & BLATNER, 1992). Estes dados podem ser um modelo CAD, uma simulação científica, uma visão de um Banco de Dados, entre outros. Para um sistema ser considerado como Realidade Virtual, ele tem que apresentar total ou parcialmente as seguintes funções: rastrear o estado de cada objeto no mundo virtual; armazenar e atualizar informações sobre a localização e aparência de cada objeto; simular o comportamento dos objetos; renderizar o mundo em três dimensões; permitir ao usuário navegar pelo ambiente virtual; proporcionar ao usuário alguns meios de interagir com objetos no ambiente. Ela também pode ser definida de uma maneira simplificada como sendo a forma mais avançada de interface do usuário de computador até agora disponível (LIMA, 2001). A interface com realidade virtual envolve um controle tridimensional altamente interativo de processos computacionais. O usuário entra no espaço virtual das aplicações e visualiza, manipula e explora os dados da aplicação em tempo real, usando seus sentidos, particularmente os movimentos naturais tridimensionais do corpo. Para suportar esse tipo de interação, o usuário utiliza dispositivos não convencionais como capacete de visualização e controle, luva, entre outros. Estes dispositivos dão ao usuário a impressão de que a aplicação está funcionando no ambiente tridimensional real, permitindo a exploração do ambiente e a manipulação natural dos objetos com o uso das mãos, por exemplo, para apontar, pegar, e realizar outras ações. A NASA, por exemplo, planeja utilizar a RV para realizar reparos na parte externa de suas espaçonaves. Por meio de um robô com braços articulados, um astronauta poderia usar técnicas de RV para consertar problemas surgidos em área de difícil acesso como, por exemplo, a parte de baixo do "ônibus espacial". O astronauta, dentro da espaçonave, faria os movimentos necessários para a realização do conserto que na verdade estaria sendo remotamente feito pelo robô do lado de fora da nave. Uma tecnologia como esta é fundamental para vôos espaciais prolongados em que o tempo de exposição à radiação existente no espaço pode ser muito prejudicial ao corpo humano. Apesar de existirem diversos dispositivos para interação com a Realidade Virtual, Hamit (1993, pág. 22) explica que a primeira ferramenta usada para entrar na realidade virtual é uma com que todos nós nascemos: o cérebro e seus dispositivos sensoriais. Nosso sistema de percepção permite que nos ajustemos a sua variedade ampla de estímulos e ainda, como veremos mais tarde, pode se reprogramar para aceitar fenômenos não experimentados antes. Quando se vence a curva de aprendizado de uma máquina, o que era árduo e levava muito tempo para ser realizado se torna agradável e sua execução, tão habitual que se incorpora à natureza do usuário. A ação parece se tornar parte de nossa própria biologia.
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Nós temos basicamente sete sentidos: visão, audição, tato, olfato, paladar, equilíbrio e orientação. Existem subdivisões desses sentidos que afetam nossa percepção, como a sensação de movimento. O movimento não é percebido apenas pelos olhos, mas pelo próprio corpo. O cérebro integra estímulos de todos os sentidos e compara experiências novas com aquelas já residentes em nossa memória. Um dos principais problemas em alcançar a realidade virtual é a satisfação dessa demanda de superposição de informações. Para obter a necessária superação da resistência, num sentido puramente físico, precisamos, no mínimo, ver, ouvir e sentir um conjunto de estímulos que nossa experiência nos assegure ser consistente e satisfatório. A dissonância de percepção, que acontece quando estes estímulos estão em desacordo, pode causar desorientação, confusão e até dor. Segundo McCloud (2005), ao dirigir, por exemplo, vivenciamos muito mais do que nossos cinco sentidos relatam. Todo o carro, não só as partes que podemos ver, sentir e ouvir, está em nossa mente o tempo todo. O veículo se torna uma extensão do corpo. Absorve nosso sentido de identidade (...) Nossa identidade e consciência são investidas em muitos objetos inanimados todos os dias. Nossas roupas, por exemplo, podem transformar a maneira dos outros nos verem e nós nos vermos. Nossa habilidade de estender nossas identidades a objetos pode fazer muletas virarem pernas. Garfo e faca virarem mãos. Telefones virarem orelhas. Óculos virarem olhos. A máxima ambição da realidade virtual é colocar os usuários dentro da máquina, transformando-os numa coisa só, pela substituição do mundo real pelo virtual. Isto é mais fácil do que parece. As pessoas podem observar um nível muito ruim de imagem e aceita-lo como realidade alternativa. Elas se tornam parte da máquina e ocorre, por falta de uma palavra melhor, fluxo. Para Morie apud Kirner (1996) a realidade virtual também pode ser considerada como a junção de três idéias básicas: imersão, interação e envolvimento. Cada uma delas possuem características peculiares que definem melhor o que pode ser ou não realidade virtual. A idéia de imersão remete ao sentimento de se estar dentro do ambiente. Estar imerso em um sistema de Realidade Virtual é sentir que se está vivenciando uma realidade alternativa de dentro e não apenas observando-a através de uma janela (livro, vídeo ou um videogame). Normalmente, um sistema imersivo é obtido com o uso de capacete de visualização, mas existem também sistemas imersivos baseados em salas com projeções das visões nas paredes, teto, e piso (Caverna digital ou CAVE - Cave Automatic Virtual Environment). Além do fator visual, os dispositivos ligados a outros sentidos também são importantes para o sentimento de imersão, tais como: som, posicionamento automático da pessoa e dos movimentos da cabeça, controles reativos, etc. A imersão é considerada por muitos autores um importante elemento em um sistema de Realidade Virtual. Alguns chegam a afirmar que é através da imersão que a realidade se torna “virtual” (LAVROFF, 1992). A idéia de interação ou manipulação está relacionada à capacidade do sistema detectar as entradas do usuário e modificar, instantaneamente, o mundo virtual e as ações sobre ele (capacidade reativa). A interação, por exemplo, permite que com uma
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luva se possa tocar e girar um modelo tridimensional que se encontra em seu campo de visão e, este, responder como se fosse um objeto sendo girado no mundo real. E por fim, a idéia de envolvimento está ligada ao grau de motivação para o engajamento de uma pessoa com determinada atividade. O envolvimento pode ser passivo, como ler um livro ou assistir à televisão, ou ativo, ao participar de um jogo com outra pessoa. A realidade virtual tem potencial para os dois tipos de envolvimento ao permitir a exploração de um ambiente virtual e ao propiciar a interação do usuário com um mundo virtual dinâmico. 4. Os avanços tecnológicos auxiliando projetos O Valor do Design (2003) aponta que se pensarmos no design como uma história, ela tem três personagens principais: o cliente, o usuário e o designer. O enredo dessa história é o projeto. Por ser o autor do projeto, o designer é o condutor da narrativa. A trama, longe de ser linear, é repleta de idas e vindas, de surpresas e reviravoltas. Para Popper, o processo criativo parte de problemas que para serem solucionados são submetidos ao método de tentativa e erro, isto é, a partir de um problema são levantadas possíveis soluções, descartadas aquelas que após ensaios não resolvem de maneira satisfatória o problema e selecionada aquela que responde de maneira integral ao problema colocado. Este processo é retroalimentado e guarda em si para experiências similares futuras não só as possibilidades de resolução colocadas, mas as operações realizadas e as respostas encontradas. A partir daí, é criado um banco de dados que contribui para novos processos criativos, construindo assim a experiência e o aprendizado. Popper destaca três etapas: 1. o problema; 2. as tentativas de solução do problema (observação + banco de dados + hipóteses, conjecturas, teorias); 3. a eliminação das soluções erradas / seleção da solução correta (avaliação crítica). O desenvolvimento e utilização de ferramentas computadorizadas de projeto vêm de encontro às necessidades de resolução de problemas intrínsecos ao processo projetual. A introdução do uso de sistemas CAD - Computer Aided Design - que em arquitetura remonta aos anos 70, e sua disseminação para a quase totalidade dos projetos arquitetônicos realizados atualmente, aponta a crescente necessidade de automação das etapas de projeto, mas exige que se lance um olhar crítico para o modo convencional de utilização das ferramentas computadorizadas em projetos arquitetônicos. Anos atrás, devido ao grande avanço da tecnologia, forçou-se uma reavaliação do design. Em muitas indústrias, como a aeroespacial, automobilística, de construção civil, o projeto era concluído, representado como um modelo físico e depois construído. Não havia maneira adequada de testar o projeto, construindo um protótipo menor. Com o desenvolvimento contínuo da computação gráfica e de aplicações de inteligência artificial, como sistemas especialistas, tornou-se possível montar protótipos, utilizando modelos de computador em lugar de modelos físicos.
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O sistema CAD/CAM pode ser aplicado também em construção de prédios, utilizando uma representação, no mundo virtual, de um projeto que permite que o arquiteto, o empreiteiro ou o comprador andem por dentro dele, antes de estar construído. Empregando este sistema, o designer pode modelar construções e outros objetos rapidamente, movimenta-los para testar com funcionam juntos e ensaiar, de verdade a montagem do espaço e/ ou projeto concluído. O CAD se transformou no meio de escolha do designer, porque permitia representações que podiam ser animadas e testadas quanto à viabilidade, antes da fabricação real. Como apontado por Hamit (1993), alguns usuários consideram esses programas “melhores do que a realidade”, pela maneira como os desenhos podem ser alterados, tornados transparentes e manipulados..rapidamente. Com o avanço das ferramentas CAD/CAM juntamente com as técnicas de Realidade Virtual, é possível criar um laboratório de estudo onde projetos poderiam ser analisados, testados e implementados virtualmente antes de sua execução no “mundo real”. Desta forma seria possível acrescentar uma nova etapa no processo metodológico de projeto, visando qualidades tais como: redução de custo, novos meios de abordagem no objeto a ser estudado e até obter resultados de maior qualidade. Auxílios como visualização de objetos que não podem ser representados adequadamente em duas dimensões, podendo ser vistos e analisados facilmente em três é apenas mais uma das vantagens que uma ferramenta como esta poderia proporcionar. O objetivo é conseguir construir uma ferramenta que beneficie os resultados dos projetos, para que eles consigam suprir as necessidades de seus usuários. A boa execução do projeto é apenas o meio, a grande finalidade é conseguir satisfazer as necessidades dos usuários. Como bem coloca o Dr. Frederick P. Brooks (apud HAMIT, 1993, pág. 53) “Sou uma pessoa orientada para o usuário, e não para a tecnologia (...) Um cientista de computador é essencialmente um ferramenteiro. Construímos ferramentas para satisfazer necessidades humanas, em vez de satisfazer as necessidades diretamente”. A evolução das câmeras e projetores cinematográficos modificou dramaticamente nossa visão de realidade. A técnica do filme não só aumentou como também alterou nossa percepção. Aprendemos a olhar para tudo com olhos de novidade, a partir de ângulos diferentes e, muitas vezes, a velocidades diferentes. O filme acelerado podia provocar uma gargalhada, e o filme em câmera lenta, ou quadro a quadro, podia representar poesia lírica, além de revelar os processos fundamentais da natureza, aumentando desse modo a compreensão sobre o mundo ao nosso redor. Existem poucas coisas em realidade virtual que não foram imaginadas em outras formas de arte e tecnologia. A RV pode tornar-se um novo meio poderoso, mas, como observou o futurista Alvin Toffler (apud HAMIT, 1993), novas tecnologias não substituem completamente as velhas. Simplesmente são acrescentadas camadas de sofisticação. O uso de tecnologias de realidade virtual promete dissolver alguns dos atuais obstáculos entre seres humanos e computadores. Certamente, isso pode ter tanto impacto sobre as comunicações humanas quanto a imprensa, a câmera, o filme cinematográfico e a televisão.
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5. Referências Bibliográficas AUKSTAKALNIS, S. & BLATNER, D. Silicon Mirage: The Art and Science of Virtual Reality. Peatchpit Press, Berkeley, CA, 1992. CHICCA JUNIOR, Natal Anacleto. A Realidade Virtual como ferramenta de projeto de sinalização na aprendizagem da Arquitetura e do Design. 2007. Dissertação (Mestrado em Arquitetura e Urbanismo) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2007. HAMIT, Francis. Realidade Virtual e a exploração do espaço Cibernético. Rio de Janeiro: Berkeley, 1993. KIRNER, Claudio. 1996. Sistemas de Realidade Virtual. Disponível em: < http://www.dc.ufscar.br/~grv/tutrv/tutrv.htm>. Acesso em: 11 de novembro de 2005. LAVROFF, Nicholas. Virtual Reality Playhouse. Waite Group Press, Corte Madeira, California, 1992. LIMA, Carlos Magno de. Desenvolvimento de conteúdo para o ensino de tecnologia do plasma utilizando técnicas de multimídia e realidade virtual. 2001. Dissetação (Mestrado em Engenharia Mecânica). Natal, RN: UFRN, 2001. MCCLOUD, Scott. Desvendando os Quadrinhos. São Paulo: M. Books do Brasil, 2005. POPPER, K. Toute vie est résolution de problémes. Paris: Actes Sud, 1997.
