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PROCESSOS E MÉTRICAS DE SOFTWARE 2015/2016 Recentes avanços da Realidade virtual Vitor Faria [email protected] Síntese Este Trabalho tem por objetivo dar a conhecer, as potencialidades da realidade virtual. Como trabalhar com a mais avançada interface do utilizador face computador e também como esta tem evoluído nos últimos tempos. Não esqueceremos de analisar também, como será desenvolver um Sistema de realidade virtual Licenciatura em Engenharia Informática Centro de Competência das Ciências Exatas e das Engenharias Processos e Métricas de Software - 2015/2016

Realidade virtual

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Page 1: Realidade virtual

PROCESSOS E MÉTRICAS DE

SOFTWARE 2015/2016 Recentes avanços da Realidade virtual

Vitor Faria [email protected]

Síntese Este Trabalho tem por objetivo dar a conhecer, as potencialidades da realidade virtual. Como trabalhar com a mais avançada interface do utilizador face computador e também como esta tem evoluído nos últimos tempos. Não esqueceremos de analisar também, como será desenvolver um Sistema de realidade virtual

Licenciatura em Engenharia Informática

Centro de Competência das Ciências Exatas e das

Engenharias

Processos e Métricas de Software - 2015/2016

Page 2: Realidade virtual

Índice Introdução ..................................................................................................................................... 2

Definição ....................................................................................................................................... 2

Características ............................................................................................................................... 3

Origem e Evolução ........................................................................................................................ 3

Algumas das suas Aplicações ........................................................................................................ 5

Na Educação .................................................................................................................................. 5

Na Área da Medicina ..................................................................................................................... 7

Na Industria ................................................................................................................................... 8

Na Arquitetura .............................................................................................................................. 9

Em Formação Especializada ........................................................................................................ 10

Desenvolver um Sistema de Realidade Virtual ........................................................................... 10

Processo de Desenvolvimento de um Sistemas de Realidade Virtual ........................................ 17

O Projeto ..................................................................................................................................... 19

Implementação do Sistema de Realidade Virtual ....................................................................... 21

Avaliação do Sistema de Realidade Virtual ................................................................................. 22

Verificação do Sistema de Realidade Virtual .............................................................................. 22

Experiências de Desenvolvimento de um Sistema de Realidade Virtual .................................... 23

Referências Bibliográficas ........................................................................................................... 25

Page 3: Realidade virtual

Introdução

Este Trabalho Prático foi-me

proposto no âmbito da disciplina

Processos e Métricas de Software e

pretendo com o mesmo, dar e ficar a,

conhecer melhor as potencialidades da

realidade virtual, como é trabalhar com a

mais avançada interface de utilizador e

computador e também como esta tem

evoluído nos últimos tempos. Não

esquecendo de como será desenvolver

um Sistema de Realidade Virtual, dando

alguns exemplos. Começaremos por uma

possível definição, realçar algumas das

suas características e aplicações reais. E

finalizaremos com uma abordagem

pormenorizada de como desenvolver um

Sistema de Realidade Virtual, dando

também alguns exemplos de casos de

sucesso.

Definição

Existem várias definições do que é

realidade virtual. O termo oficial criado

por Jaron Lanier diz que “diferenciar

simulações tradicionais feitas por

computador de simulações envolvendo

múltiplos utilizadores num ambiente

partilhado.” [Jaron Lanier, 1980].

Entretanto, foram surgindo outras

definições, sendo que todas recaem num

mesmo assunto e com características

semelhantes, complementando-se umas

as outras.

Ora, realidade virtual, é a interface

homem-máquina que simula um ambiente

real e permite aos participantes

interagirem com o mesmo. É a Interface

que simula um ambiente real e permite

aos participantes interagir com este

mesmo ambiente, permitindo visualizar e

manipular representações extremamente

complexas. Ainda é o uso de

computadores e interfaces por parte do

utilizador, para criar o efeito de mundos

tridimensionais, que incluindo objetos

interativos com uma forte sensação de

presença tridimensional. Trata-se

também de uma técnica avançada de

interface que permite ao utilizador realizar

imersão, navegação e interação num

ambiente sintético 3D gerado por

computador, utilizando canais

multissensoriais. Pelo descrito, podemos

ver pois, que são bastantes as definições

de realidade virtual.

Estamos em crer que, a definição

de realidade virtual, holografia, ou

ambiente virtual, que será a tecnologia de

interface mais avançada que existe entre

um utilizador e um sistema

computacional. Assim sendo o objetivo

desta tecnologia será recriar ao máximo a

sensação de realidade para o utilizador,

levando-o a adotar essa interação como

uma das suas realidades temporais. Para

isso, essa interação é realizada em

tempo real, com o uso de técnicas e de

Page 4: Realidade virtual

equipamentos computacionais que

ajudam na ampliação do sentimento de

presença do utilizador. Além, da

compreensão da realidade virtual como

simulação da realidade através da

tecnologia, a realidade virtual também se

estende a uma apreensão de um

universo não real, um universo de ícones

e símbolos, mas permeando um processo

de significação onde o espectador desse

falso universo é fornecido com

semelhanças de um universo real. Em

suma, uma realidade ficcional, através de

relações intelectuais. Mas podendo

compreende-la como sendo muito

próxima do universo real que

conhecemos. [1]

E a Interface são as partes

visíveis de um sistema interativo através

da qual o utilizador e o sistema se

comunicam.

Características

Os sistemas de realidade virtual

diferenciam-se conforme os níveis de

imersão e interação com o utilizador. Os

níveis são determinados pelos

dispositivos de E/S de dados, da

velocidade e da potência do computador.

Nível de Imersão: o utilizador tem a

sensação real de estar dentro do mundo

virtual e que é capaz de manipular os

objetos ali presentes, como se eles

fossem reais. Com o desenvolvimento

tecnológico, estes objetos passaram a

responder às interações realizadas pelo

utilizador (deformação, quebra, etc.) Os

dispositivos que provocam esta sensação

são os “capacetes digitais” e “caverna

digital”. Não esquecer que o termo

realidade virtual significava originalmente

um sistema totalmente imersivo.

Atualmente, a palavra tem sido utilizada

para descrever sistemas que não utilizam

componentes como luvas digitais, óculos

estereoscópicos, etc.. Por exemplo,

temos os sistemas interativos baseados

em textos como MOOs ou MUDs. A não-

imersiva é a realizada com o uso de um

monitor comum no qual o utilizador

manipula o ambiente virtual através de

um dispositivo de entrada (por exemplo:

teclado, mouse, etc.).

Nível de Interação: O utilizador

manipula objetos virtuais, com

dispositivos como as luvas que provocam

esta sensação.[1]

Origem e Evolução

Apesar de a realidade virtual

existir a mais de duas décadas, esta tem

evoluído significativamente nos últimos

anos. Tal aspeto, está diretamente

relacionado com a utilização de novos

equipamentos mais sofisticados mas com

um custo muito alto de implementação o

que perdurou durante um longo período.

Page 5: Realidade virtual

Nos dias de hoje, com o notável

avanço tecnológico e a propagação da

indústria de computadores, a Realidade

virtual passou a ser viável e as empresas

de produtos eletrônicos passaram a

desenvolver produtos a serem utilizadas

por esta.

A realidade virtual teve o seu

início na indústria de simulação, com os

simuladores de voo da Força Aérea dos

Estados Unidos que passaram a construir

depois da Segunda Guerra Mundial

[Jacobson, 1994].

Mas a indústria de entretenimento

também teve a sua importância no

surgimento da realidade virtual como por

exemplo, através do simulador conhecido

por Sensorama (Figura 1).

Figura 1 – Protótipo do Sensorama.

Fonte: Pimentel (1994, p. 39)

O Sensorama era uma espécie de

cabine que permitia ao utilizador expor-se

a uma combinação de som stereo, visão

tridimensional, vibrações mecânicas, ar

movimentado por ventiladores e até

aromas, tudo isso proporcionando ao

utilizador a oportunidade de embarcar

numa viagem multissensorial. Embora

não tenha sido um sucesso comercial, a

invenção foi patenteada por Morton Heilig

em 1962 e já utilizava um dispositivo para

visão estereoscópica, além de ter sido

também o percursor da imersão do

utilizador num ambiente artificial.

Por volta de 1965, Ivan Sutherland

apresentou à comunidade científica, a

ideia de usar computadores para

desenhar projetos diretamente no

monitor, utilizando uma caneta ótica.

Surgiu assim, o início do conceito de

computação gráfica. Alguns anos depois,

Sutherland tornou-se o percursor do que

agora é a indústria de CAD, por ter

desenvolvido o primeiro vídeo-capacete

totalmente funcional para a computação

gráfica no projeto conhecido por The

Ultimate Displa”, possibilitando ao

utilizador ver, movimentando a cabeça,

diferentes lados de uma construção de

arame na forma de um cubo flutuando no

espaço. (PIMENTEL, 1995).

Em 1975 Myron Krueger criou o

videoplace. Consistia numa câmara de

vídeo que capturava a imagem dos

participantes e projetava-a em 2D numa

grande tela. Esta técnica ficou conhecida

como realidade virtual de projeção.

Thomas Furness, em 1982, apresentava

Page 6: Realidade virtual

para a Força Aérea Americana o Visually

Coupled Airbone Systems Simulator

(VCASS), conhecido também por “Super

Cockpit”. O VCASS era um simulador que

usava vídeo-capacetes e computadores

interligados para representar o espaço 3D

de uma cabine de um avião. O VCASS

era bastante rápido na atualização de

imagens complexas e possuía uma alta

qualidade na resolução de imagens.

Porém, o custo era um problema: milhões

de dólares eram indispensáveis apenas

para o capacete. Aplicando uma nova

tecnologia de visores de cristais líquidos

(LCD) Michael McGreevy, em 1984 na

NASA, começou a trabalhar no projeto

VIVED (Virtual Environment Display) no

qual as imagens seriam estereoscópicas.

Em comparação ao VCASS a resolução

das imagens era limitada, porém o custo

era muito mais atrativo. A parte de vídeo

e áudio foi montada sobre uma mascara

de mergulho usando dois visores de

cristal liquido com pequenos altifalantes

acoplados. Em 1985, com o objetivo de

incluir: luvas de dados, reconhecimento

de voz, síntese de som 3D, e dispositivos

de feedback tátil; Scott Fisher juntou-se a

esse projeto. Em 1986, a NASA já

possuía um ambiente virtual que permitia

aos utilizadores ouvir, falar de modo

sintetizado e ter som 3D, ordenar

comandos pela voz para além de

manipular objetos virtuais por meio do

movimento das mãos, utilizando uma luva

especial chamada de DataGlove.

Desenvolvida com sensores de fibra

ótica.

A perceção de que os projetos da

NASA poderiam se tornar equipamentos

comercializáveis deu início a inúmeros

programas de pesquisa em Realidade

virtual em todo o mundo. De empresas de

software a grandes corporações de

informática começaram a desenvolver e a

vender serviços e produtos voltados para

Realidade Virtual. A AutoDesk, por

exemplo, em 1989, apresentou o primeiro

sistema de realidade virtual voltado para

computadores pessoais.[2]

Algumas das suas Aplicações

A Realidade virtual é muito

utilizada em áreas como a arquitetura e

projetos, aplicações científicas, artes,

educação, controle de informações,

entretenimento, telepresença, cidades

virtuais, comércio eletrônico, etc.

Na Educação

Na educação, e em particular no

domínio do ensino e aprendizagem das

ciências exatas e naturais, estão em

curso trabalhos para avaliar

concretamente as possibilidades dessas

novas tecnologias. Os dois casos mais

salientes são, na Química, o Chemistry

World, ambiente virtual para o estudo de

Page 7: Realidade virtual

átomos e moléculas; e, na Física, o

Newton World, ambiente para o estudo

da colisão de partículas.

No campo educativo, o uso da

Realidade virtual encontra-se

devidamente justificado. Os processos

psicológicos num ambiente virtual são

muito semelhantes aos processos

correspondentes num ambiente educativo

real. Sendo a educação um processo em

que a interação entre sujeito e o ambiente

é fundamental, qualquer cenário virtual

constitui um ambiente educacional. Na

área educativa, a riqueza das sensações

tácteis é frequentemente negligenciada,

voluntária ou involuntariamente. Por

vezes criam-se imagens mentais

incorretas pela ausência e

impossibilidade de sentir o objeto real. Na

experimentação científica, a manipulação

de objetos é fundamental. Sem ela, os

alunos dificilmente compreendem o

significado e o alcance de uma

experiência ou os conceitos que lhe estão

subjacentes. Mas, como a manipulação

de certos objetos é difícil, perigosa ou

dispendiosa, eles poderão ser

substituídos por objetos virtuais. A

Realidade virtual facilita a formação de

modelos conceptuais corretos e a

aprendizagem. O aluno pode

experimentar novas vivências em

ambientes que resultam de cálculos

complexos que o computador efetua. Por

exemplo, a aproximação e o afastamento

a um corpo podem ser feitos de forma

mais arbitrária num ambiente virtual.

Assim, quando nos aproximamos de um

objeto, podemos gradualmente

aperceber-nos dos seus detalhes, até

"visualizar" a sua estrutura atómica,

podendo mesmo "entrar" num átomo,

interferir com a distribuição dos seus

eletrões, etc. Por outro lado, podemos

gradualmente afastar-nos de um corpo,

uma mesa por exemplo, saindo da casa,

da cidade, do país, da Terra, do Sistema

Solar, etc.

No Human Interface Technology

Laboratory, da Universidade de

Washington, desenvolve-se o projeto

Virtual Reality Roving Vehicle, financiado

pela US West Foundation. O seu objetivo

é possibilitar a alunos e professores

conhecimentos e experiências em

sistemas de Realidade Virtual. Trata-se

de um projeto dirigido aos diversos níveis

do ensino em ciências exatas e naturais,

desde o mais básico até ao pré-

universitário, onde se pretende avaliar:

a) Se os estudantes conseguem

utilizar estas novas tecnologias não só na

exploração como também na construção

de ambientes virtuais;

b) Se a exploração de ambientes

virtuais facilita ou não o processo de

aprendizagem;

c) Se a Realidade virtual é melhor ou

pior do que outras técnicas de

aprendizagem e porquê.

Page 8: Realidade virtual

Em Portugal, a Faculdade de

Motricidade Humana da Universidade

Técnica de Lisboa efetuou estudos

ergonómicos, no quadro de um projeto

apoiado pelo Ministério da Educação

O Ministério da Educação do Egito

também possui um projeto de quatro

diferentes mundos virtuais (corpo

humano, modelagem de moléculas,

geografia mundial e civilizações antigas)

que são utilizados para a orientação e

ensino dos estudantes [Sense8, 1996].[3]

Na Área da Medicina

Os computadores tiveram grande

impacto na medicina, desde a

monitoração de pacientes até

processamento de imagens tomográficas

tridimensionais.

Hermosilla apud Kaufmann (2000) disse

que a maioria das aplicações

desenvolvidas em Realidade virtual para

a medicina ainda estavam em nível de

pesquisa. Atualmente, destacam-se

aplicações nas mais diversas

especialidades, tais como: formação de

atos cirúrgicos em humanos virtuais,

imagiologia médica, em 3D, cirurgia

virtual, bio simulação, biomecânica,

ensino de anatomia, visualização com

realidade aumentada, fisioterapia virtual,

ampliação de comunicação dos

deficientes, entre outras.

De acordo com Ackerman (1995) e

Cardoso (1997), os cientistas e

educadores de todo o mundo já têm à

sua disposição o mais completo registo

de imagens humanas, o qual tem

permitido o desenvolvimento de uma

ampla gama de projetos que estão

revolucionando o conhecimento e a

compreensão da visualização do ser

humano. Por exemplo, o Visible Human,

ou Ser Humano Visível, um projeto de 7

milhões de dólares criado pela National

Library of Medicine (NLM), em Bethesda,

Maryland, a maior biblioteca médica do

mundo. Foi estabelecido que as imagens

deveriam ser de três tipos: tomografia

computadorizada do cadáver a fresco e

congelado, imagens de ressonância

magnética e secções congeladas. O que

resultou num total de 19.000 imagens

com 56 Gigabytes (15GB no homem e

41GB na mulher).

Outro exemplo, a Universidade da

Carolina do Norte está desenvolvendo um

método alternativo para o planeamento

das sessões de radioterapia. Ao invés de

sentar-se em frente a um monitor, o

médico usa um HMD e realmente

caminha ao redor do modelo gráfico do

paciente, analisando as áreas de

interesse, a partir do modelo gráfico do

paciente, a partir do ângulo que mais lhe

convém. Usando este sistema, o médico

pode posicionar-se em qualquer lugar,

inclusive na posição de onde os raios

partem, e assim “ver” de fato por onde

Page 9: Realidade virtual

eles irão passar. A manipulação dos

feixes, realizado com um dispositivo

preso à mão do médico torna tudo mais

fácil e intuitivo devido à imersão no

ambiente virtual.

A Ultrassonografia também é um método

de exame baseado na reflexão de som,

uma técnica de imagem que teve grande

desenvolvimento durante os últimos anos.

O aumento da capacidade dos

computadores fez com que as imagens

pudessem ser mostradas de forma mais

rápidas. Com a evolução da tecnologia

apareceu o ultrassom tridimensional (3D),

com imagens coloridas e em tempo real.

Hermosilla apud Bega (2001) salienta que

a função do ultrassom vai além de um

apontar do sexo do bebé em mulheres

grávidas. A técnica acusa malformações,

fazendo um retrato fiel das estruturas

fetais como face, mãos, pés e coluna

vertebral. Em adultos, o ultrassom 3D

ajuda a avaliar tumores e a verificar o

volume dos órgãos. Existem recursos que

possibilitam a visualização da superfície

do feto, tornando possível a produção de

uma imagem bastante semelhante a uma

foto do mesmo. Por isso o método tem-se

revelado útil no estudo da anatomia fetal,

permitindo uma melhor avaliação das

características e relações espaciais entre

as partes fetais. Também de acordo com

Hermosilla apud Steiner, as limitações do

ultrassom 3D são semelhantes às do

ultrassom 2D, como artefactos devidos à

movimentação fetal, dificuldade de obter

imagens em casos de redução do líquido

amniótico e baixa resolução nos planos

paralelos próximos ao plano de aquisição.

Esta é uma técnica que ainda está em

desenvolvimento e, apesar dos avanços

recentes, ainda precisa de melhorias,

como redução do tempo necessário para

a aquisição e processamento das

imagens, transdutores menores e mais

leves, maior resolução das imagens e

mensuração automática dos volumes.[4]

[5]

Na Industria

No mundo de hoje as empresas,

dentro de um contexto económico

globalizado, necessitam se tornar mais

competitivas para enfrentar os novos

concorrentes, provocando uma total

remodelação dos sistemas produtivos,

desde a substituição de equipamentos

obsoletos e de baixa produtividade por

outros mais modernos e produtivos; a

reestruturação dos layouts das fábricas e

do fluxo de transporte existentes no chão

de fábrica; o planeamento e controle da

produção, até a necessidade de mão-de-

obra mais qualificada, integrados para

melhorar a qualidade do produto, reduzir

o lead time de produção, reduzir custos,

aumentar a flexibilidade, etc. (Lobão &

Porto, 1997). Com o objetivo de procurar

novas formas de obter uma melhoria

organizacional e proporcionar uma

modernização do sistema produtivo da

Page 10: Realidade virtual

empresa, a simulação de equipamentos,

formação de funcionários, validação do

planeamento da produção, visualização

de layouts de fábricas e protótipos de

produtos o recurso à realidade virtual é

uma mais-valia e é bastante utilizado nos

dias de hoje.

Por exemplo na empresa Fujita (Tsukuba,

Japão) estão aplicando a tecnologia de

realidade virtual na construção e controle

de robôs. O objetivo é desenvolver um

sistema remoto de controlo, que permita

a manipulação dos robôs por cursores ou

ponteiros de exibição com interfaces

gráficas. Outra empresa que trabalha

neste ramo é a Tokyu Construction, que

está desenvolvendo um sistema para o

controle remoto de deepfoundation work

robots. Quando a abertura é muito

pequena para a entrada de equipamentos

pesados de construção, os operários

trabalham arduamente escavando

buracos para colocação das fundações.

Isto é chamado deep-foundation. Robôs

têm sido desenvolvidos para substituírem

os operários neste tipo de trabalho. Os

pesquisadores da Tokyu estão tentando

controlar a construção desses robôs e

posteriormente comandá-los por imagens

3D e movimentos das mãos. Esta técnica

é chamada telexistência [Kahaner,

1993].[6]

Na Arquitetura

Um arquiteto pode montar os seus

próprios ambientes virtuais usando

apenas microcomputadores e programas

de desenvolvimento de ambientes

virtuais. Por exemplo, na elaboração do

projeto de um escritório é possível a

visualização do ambiente sob diversos

ângulos, permitindo que o utilizador

passeie por entre móveis e veja detalhes

da construção, antes mesmo que a

primeira parede seja levantada

(Penteado, 1995); ou na assessoria a

venda de casas e apartamentos a

clientes [Dupont,1994].

A computação gráfica permite aos

pesquisadores entenderem a estrutura

qualitativa de um fenômeno por meio de

gráficos e desenhos detalhados, que não

poderiam ser conseguidos de outra

forma. A computação gráfica interativa

permite um controle em tempo real sobre

como os gráficos são gerados,

favorecendo o aumento da habilidade dos

pesquisadores de explorarem o

fenómeno pelo computador [Bryson,

1993]. Dessa forma, o ambiente virtual

viabiliza uma total interação com

interfaces tridimensionais para exibição e

controle da computação gráfica interativa

[Bryson & Levit, 1991].

A Haywood Community College

(Waynesville, NC) utiliza Realidade virtual

para que os estudantes tenham uma

Page 11: Realidade virtual

melhor visualização e interação com os

modelos feitos em 3D a partir do

AutoCAD [Sense8, 1996]. No laboratório

de pesquisas da Nippon Electric

Company (NEC) está sendo desenvolvido

um sistema de RV para que os

operadores usem os movimentos de suas

mãos (datagloves) para manipular

modelos tridimensionais de CAD

[Kahaner, 1994].

Em Formação Especializada

Na área da formação e simulação,

temos o exemplo da aplicação militar que

simula uma cabine de avião de combate,

desenvolvida pela British Aerospace Real

para formação dos cadetes britânicos

[Kalawsky, 1993]. Outro trabalho na área

de simulação e formação em aviões de

combate é citado por McCarty [Mccarty et

al., 1994]. A realidade virtual também é

usada para treinar operadores de radares

[Sense8, 1996] e na formação de

soldados na operação de tanques de

guerra. Esse trabalho está vinculado ao

projeto SIMNET desenvolvido pelo

DARPA (Defense Advanced Research

Projects Agency – USA) que viabiliza um

ambiente virtual distribuído onde vários

simuladores virtuais remotos ficam

interligados entre si, trocando

informações e mantendo atualizada a

descrição deste mundo [Pimentel & Blau,

1994; Moshell, 1994]. Diante deste

contexto, é importante salientar que

vários autores [Rosenblum, 1995;

Mccarty, 1994; Moshell, 1994] relatam o

uso da realidade virtual para ensino e

formação, sendo que Kozak e Wittenberg

[Kozak, 1993; Wittenberg, 1995]

apresentam estudos realizados nos quais

os resultados obtidos em formação com o

uso de realidade virtual são claramente

superiores àqueles obtidos com sistemas

reais.

Desenvolver um Sistema de Realidade Virtual

Ao abordar a questão sobre como

desenvolver um sistema de realidade

virtual, parece-me relevante caracterizar

o sistema de realidade virtual com os

seus componentes de hardware e

software, destacar os principais modelos

de processo propostos pela engenharia

de software, e apresentar um processo

iterativo de desenvolvimento de Sistema

de Realidade Virtual, através das etapas

de análise de requisitos, projeto,

implementação e avaliação.

Recordando apenas, a realidade

virtual é uma tecnologia de interface

avançada que possibilita ao utilizador não

somente usar o sistema de software,

como também aperceber-se dentro de um

ambiente tridimensional gerado por

computador. Neste contexto, o utilizador

pode explorar e mesmo modificar o

ambiente virtual, o que lhe é possibilitado

através de técnicas de navegação,

Page 12: Realidade virtual

interação e imersão [Vince, 2004]. Como

para qualquer sistema de software, é

importante dispor de um processo

sistemático para o desenvolvimento de

ambientes virtuais ou sistemas de

realidade virtual. Porém, a área de

realidade virtual é recente, não dispondo,

ainda, de estudos suficientemente

fundamentados sobre como analisar,

projetar e implementar essas aplicações.

Ora o facto deste trabalho estar a ser

realizado no âmbito da disciplina de

“Processos e Métricas de Software”,

levou-me à necessidade de entender e

explicitar melhor o processo de

desenvolvimento de ambientes e

aplicações de realidade virtual.

O desenvolvimento de sistemas

de realidade virtual (SRV) teve as suas

origens no desenvolvimento de sistemas

de software, com a utilização das

metodologias tradicionais da engenharia

de software [McConnell, 1996],

adaptadas à criação de sistemas

multimédia, com a incorporação de

recursos para análise de projetos de

sistemas distribuídos. Além disso,

questões de criação de produtos na

indústria cinematográfica têm contribuído

para o desenvolvimento de Sistemas

Realidade Virtual, principalmente, no que

toca à criação do mundo virtual. Os

modelos de processo e alguns pontos

específicos, e também um caso real. Será

descrito um processo de desenvolvimento

de software, adaptado às peculiaridades

de Sistemas de Realidade Virtual.

Destacarei alguns ambientes virtuais

desenvolvidos pelos autores, seguindo o

processo de desenvolvimento

apresentado.

OS sistemas de realidade virtual

ou aplicações de realidade virtual,

conforme referidos no presente trabalho,

são também denominados de “ambientes

virtuais”. Os sistemas de realidade virtual

podem ser implementados através de

diferentes arquiteturas físicas e lógicas,

que compreendem desde a utilização de

um único microcomputador até

arquiteturas distribuídas de

processamento, que permitem, por

exemplo, melhor realização de uma

imagem digital. Os tipos mais comuns de

arquitetura envolvem uma combinação

das seguintes características:

funcionamento mono utilizador ou

multiutilizador e processamento

centralizado ou distribuído [Rosa Jr.,

2003]. Em linhas gerais, uma arquitetura

de sistemas de realidade virtual é

composta de dois conjuntos de

componentes [Luz, 1997]:

• Interfaces físicas e lógicas. Inclui as

entradas e saídas do sistema,

representadas por sensores e atuadores,

respetivamente. Essas interfaces

permitem a integração do ser humano

com o sistema.

Page 13: Realidade virtual

• Processador lógico do mundo virtual.

Este componente é responsável pelo

controle do sistema.

Figura 1:Esquema de um SRV de

processamento distribuído

Fonte: [Livro do Pré-Simpósio VIII

Symposium on Virtual Reality, p111]

A figura 1 apresenta um exemplo

de arquitetura de sistema de realidade

virtual que envolve processamento

distribuído. Neste tipo de arquitetura,

diversos aspetos do mundo virtual são

processados por diferentes

computadores. O computador A processa

os dados referentes à geração do som,

enquanto os computadores B e C geram

as imagens que, em conjunto, geram a

visão estereoscópica o que alimenta o

capacete de imersão, causando no

utilizador a sensação de profundidade. O

computador D é responsável pelo

processamento computacional das

tarefas em tempo real e pela integração

do sistema, enviando e recebendo

pacotes de tarefas que compõem a

interface externa do sistema (tanto com o

utilizador, como com os outros sistemas).

Já o computador E, refere-se ao controle

do dispositivo háptico (relativo ao tato),

devolve o retorno da força enviada pelo

utilizador. O computador F, por sua vez, é

responsável pela base de dados do

sistema e pela atualização de dados

referentes a agentes externos, utilizando,

para isso, um meio de comunicação com

outras bases de dados distribuídas [Luz,

1997].

Em relação à visualização e à

sensação de imersão ampliada, foi

construído um sistema que arranja, em

um formato de cubo, até seis telas de

projeção, com seus respetivos

dispositivos geradores de imagem,

conhecido como CAVE ou caverna. Neste

caso, em cada tela é projetada uma

imagem estereoscópica correspondente a

um pedaço do mundo virtual sob o

mesmo ponto de vista. O utilizador deve

usar óculos especiais que lhe permitam a

visão estereoscópica do mundo, além de

necessitar de equipamentos que realizem

a interação entre o utilizador e o sistema.

Este tipo de sistema possibilita,

normalmente, um tipo de rastreamento do

utilizador, que é usado para movimentar o

mundo. Além disso, o sistema permite

que diversas pessoas o utilizem, embora

apenas um indivíduo seja o utilizador

ativo e os demais apenas atuem como

espectadores. Além destes

equipamentos, diversos outros estão a

ser produzidos para o uso em conjunto

com esta tecnologia. Atualmente, ainda

Page 14: Realidade virtual

não se encontram comercialmente

disponíveis equipamentos que explorem

os sentidos olfativo e gustativo, porém

estes são objeto de pesquisa [Keller,

1995; Canepa, 1997]

O sentido mais apurado do ser

humano é a visão, que se destaca como

o principal meio pelo qual sentimos o

mundo ao nosso redor [Heilig, 2001].

Consequentemente, a visão vem sendo

explorada como um elemento

fundamental para receber informações

dos computadores. Diante da

possibilidade do uso de outros sentidos

do ser humano para participar no receber

informações, outros tipos de interfaces

estão sendo implementados. Isto abre

mercado para as aplicações de realidade

virtual que, além de visualizar

tridimensionalmente o mundo, incentivam

outros sentidos como, por exemplo, o

auditivo e o tátil [Burdea, 1996].

Entretanto, apenas o receber informações

não é suficiente, pois o ser humano

necessita expressar-se, e, para isso, são

necessários equipamentos que permitam

o enviar dados para os computadores.

Um sistema de realidade virtual permite

esta ampliação da capacidade de

interação entre as partes envolvidas,

ampliando a capacidade de aquisição de

conhecimento.

Cabe destacar que, há muito

tempo, a sabedoria chinesa manifesta

estes factos através dos dizeres de

Confúcio: “Eu escuto e me esqueço, eu

vejo e me lembro e eu faço e entendo.”

[Confúcio - 551- 479AC].

Um componente essencial de um

Sistema de realidade virtual é o

componente lógico, que permite a

integração e tratamento dos dados do

sistema, resultando num mundo virtual. A

criação de um Sistema de realidade

virtual desenvolve diversas disciplinas,

requerendo a utilização de uma vasta

gama de tecnologias, software e

linguagens de programação. Um mundo

virtual é composto basicamente de

objetos tridimensionais e regras de

funcionamento. Para que um mundo

virtual seja criado é necessário produzir o

conteúdo e sua lógica de execução. Após

a sua criação, é necessário que ele se

torne operacional. A criação do conteúdo

é principalmente relacionada aos objetos

tridimensionais. Cada objeto do mundo

virtual possui uma aparência e um

comportamento. A criação de um objeto

do mundo virtual envolve normalmente a

utilização de ferramentas de modelagem

tridimensional (3D),edição de imagem,

som, vídeo e comportamento. Esta

atividade é realizada por diversos tipos de

profissionais, tais como artistas,

designers, modeladores, sonoplastas e

programadores.

Todo o desenvolvimento de um

Sistema de realidade virtual pode ser

realizado utilizando-se pacotes para as

diversas plataformas e sistemas

operacionais. Em todas as categorias,

Page 15: Realidade virtual

existem soluções proprietárias, de

domínio público e também de código

aberto. Em alguns casos, estes pacotes

são independentes da plataforma,

permitindo o desenvolvimento em

plataformas de baixo custo e sua

aplicação em plataformas de maior

desempenho. As principais ferramentas

para a criação de conteúdo de um

Sistema de realidade virtual são as de

modelagem 3D e de edição de texturas. A

modelagem 3D permite a representação

computacional de objetos a serem

utilizados dentro do mundo virtual. O

objeto modelado é, em termos gerais,

uma matriz de coordenadas espaciais.

Este objeto poderá ser apresentado pelo

Sistema de realidade virtual ao utilizador

de diversas maneiras, sendo a forma

visual a mais comum. Entretanto, o

utilizador também pode, por exemplo,

tocar o objeto ou ouvi-lo, em alguns

casos. A transformação da matriz

numérica para a forma escolhida de

representação utiliza técnicas conhecidas

genericamente por renderização

(processo pelo qual pode-se obter o

produto final de um processamento digital

qualquer.). Para isto, são utilizados os

softwares de edição de imagens, que

permitem criar texturas de boa qualidade

e compatíveis com a realidade. O uso de

texturas é uma forma

computacionalmente económica de se

atingir maior verossimilhança para os

objetos no mundo virtual. As texturas

reduzem o detalhamento de coordenadas

em um modelo tridimensional,

substituindo os detalhes por uma

imagem.

A implementação dos

comportamentos dos objetos é realizada

através de linguagens de programação,

tornando o mundo virtual interativo e mais

próximo da realidade. Os

comportamentos podem incluir técnicas

de inteligência artificial, que dão “vida

própria” ao objeto, tais como redes

neurais [Watson, 1996;Haykin, 1994],

algoritmos genéticos [Watson, 1996;

Goldberg, 1989], conjuntos difusos

[Kandel,1986] e sistemas especialistas

[Watson, 1996; Durkin, 1994]. As

bibliotecas para sistemas de realidade

virtual reúnem componentes que

viabilizam a implementação de

funcionalidades e características, como:

interface com equipamentos de realidade

virtual, interface com o utilizador, rotação

e translação de objetos, interatividade

dos objetos e deteção de colisão.

Algumas das bibliotecas disponíveis são:

WorldToolKit, CAVE library, dVISE,

FreeVR, VR Juggler, Maverick e MR

Toolkit. As linguagens de programação

utilizadas atualmente para a maioria dos

pacotes de desenvolvimento são C, Java

e VRML (Linguagem de Modelagem para

Realidade Virtual) [Pesce, 1995]. Estas

bibliotecas são normalmente baseadas

em outras bibliotecas, como OpenGL e

DirectX, que fornecem uma interface

padronizada com os equipamentos. A

Page 16: Realidade virtual

OpenGL é uma biblioteca gráfica aberta e

multiplataforma, sendo estes alguns dos

motivos de sua larga aceitação. O DirectX

é um conjunto de bibliotecas que, além

da interface gráfica, também possui

suporte para som, vídeo e dispositivos de

entrada, entre outros recursos.

Além de bibliotecas, existem

pacotes para desenvolvimento rápido,

que possuem normalmente uma interface

visual amigável e reduzem o esforço de

criação de Sistemas de Realidade Virtual.

Esses pacotes incluem, muitas vezes,

uma linguagem de script para adicionar

funcionalidades. Entre os pacotes

existentes, destacam-se: Alice 3D, World

Up, Internet Space Builder e EON Studio.

Para o desenvolvimento de

Sistemas de Realidade Virtual, é

necessário que coexistam os seguintes

elementos: objetivo e/ou tarefa apoiada,

mundo virtual e equipamentos para

interação bidirecional entre utilizador e

computador [Stuart, 1996].

A utilização de um Sistemas de

Realidade virtual é justificada quando

ocorrer ou for exigida pelo menos uma

das seguintes situações:

• Risco à segurança [Pantelidis, 1997;

Luz, 1997];

• Sensação de presença [Stuart, 1996;

Zachmann, 1998; Barfield, 1995];

• Alta interatividade, com o estímulo de

múltiplos sentidos [Pantelidis, 1997;

Saldías,1999];

• Interação real com objetos virtuais

[Zachmann, 1998];

• Atividades irrealizáveis no mundo

real [Pantelidis, 1997; Luz, 1997; Winn,

1993];

• Atividades com um custo muito

elevado, ou acesso difícil ou restrito

[Pantelidis, 1997; Stuart, 1996].

Além de se considerar a situação

à qual se destina a aplicação, existem

algumas restrições quanto ao uso de tal

aplicação em larga escala. A principal

restrição está relacionada ao alto custo

envolvido no desenvolvimento. Esse

custo decorre, principalmente, do elevado

número de equipamentos e software

específicos envolvidos num Sistemas de

realidade virtual [Barfield, 1995]. Em

Portugal, por exemplo para a aplicação

desta tecnologia como uma alternativa

viável existem ainda mais restrições

como o elevado custo de

desenvolvimento, difícil acesso aos

equipamentos, devido à necessidade de

importação, além de uma assistência

técnica deficiente.

Como qualquer sistema de

software, o desenvolvimento de Sistemas

de Realidade virtual pode basear-se nos

modelos e métodos tradicionalmente

indicados pela engenharia de software

[Kirner, 1999; Kim, 1999; Luz, 1997]. Os

Page 17: Realidade virtual

modelos existentes, desde o tradicional

Cascata [Sommerville, 1997] até o atual

Programação Extrema [Beck, 1999],

podem ser adotados. Mesmo com a

existência de diversos métodos, cada

empresa deve utilizar o que melhor lhe

convier e, se necessário, adaptá-los ou

até mesmo criar o seu próprio processo.

Um resumo dos principais modelos de

desenvolvimento de software é dado a

seguir.

• “Modelo Cascata“ (waterfall).

É um processo tradicional de

desenvolvimento de software, que

envolve a consecução das etapas de

levantamento dos requisitos, análise dos

requisitos, projeto, projeto detalhado,

implementação, testes e manutenção.

Apesar de ser largamente utilizado, este

modelo possui desvantagens, pois

projetos desta natureza possuem um

ciclo de desenvolvimento longo e, neste

caso, muitas das tecnologias, soluções e

até mesmo metáforas, podem ter que ser

modificadas antes da finalização do ciclo

de desenvolvimento. Tais modificações

não são previstas pelo modelo.

• “Prototipação”.

Este modelo de desenvolvimento

de software mostra-se adequado por

permitir a criação de um protótipo ou

produto final do sistema e colocá-lo à

prova junto aos utilizadores finais, num

tempo relativamente curto [Martins,

1999]. Entretanto, a “Prototipação” não

prevê a reformulação do sistema ao longo

do tempo, pois o protótipo é criado

apenas uma vez e depois o ciclo de

desenvolvimento transcorre linearmente.

Este modelo também não é o mais

indicado, principalmente pelos mesmos

motivos apresentados para o modelo

anterior.

• “Desenvolvimento Iterativo e

Incremental”.

É um modelo importante, embora

exija que as principais funcionalidades do

sistema sejam cobertas já no primeiro

estágio de desenvolvimento

[Sommerville, 1997]. Em muitos casos de

desenvolvimento de Sistemas de

Realidade Virtual, este modelo não leva a

uma solução adequada, pois estas

funcionalidades podem exigir um tempo e

custo de desenvolvimento elevado, além

de contribuir para distanciar o cliente do

produto final, aumentando os riscos.

• “Modelo Evolucionário”.

Apresenta características

importantes, pois o ciclo de

desenvolvimento de cada versão do

sistema é reduzido em relação aos

modelos anteriores. Neste modelo, o

sistema é disponibilizado em versões que

cumprem alguns dos requisitos totais do

sistema [Sommerville, 1997].

• “Programação Extrema”.

Extreme Programming, com a sua

abordagem focada no problema e com

Page 18: Realidade virtual

contato constante com o cliente e

utilizador final, procura aumentar as

hipóteses do sistema ser desenvolvido

conforme as reais necessidades do

utilizador. O modelo estimula a criação

rápida de versões, para que o utilizador

final possa avaliar e interferir no próximo

ciclo de desenvolvimento [Beck, 1999].

Este modelo é adequado quando os

requisitos não são totalmente

esclarecidos e o contato com o cliente for

possível. Para um Sistema de realidade

virtual completo, este modelo pode não

ser adequado, principalmente quando for

exigida a integração de equipamentos

especiais de alto custo. A criação de uma

réplica do sistema junto ao cliente e/ou o

constante deslocamento do cliente ou dos

“desenvolvedores” para a averiguação de

cada nova versão pode também elevar

muito os custos. [7]

Processo de Desenvolvimento de um Sistemas de Realidade Virtual

O processo de desenvolvimento

agora apresentado segue uma

abordagem que agrega características da

“Prototipação”, aliada aos modelos

“Iterativos” e “Evolucionário” de

construção de sistemas de software. Tal

processo baseia-se em conceitos e

modelos da engenharia de software,

adaptados ao atendimento das

peculiaridades dos sistemas de realidade

virtual [Kirner, 1999; Luqi, 1995;

Sommerville, 1997, Stuart, 1996].

O processo pressupõe as

seguintes características: facilitar a

participação dos utilizadores, para que

estes possam avaliar o sistema que está

sendo criado e contribuir para a melhoria

do produto em questão; produzir um

sistema de fácil utilização e manutenção,

dentro de um período de tempo

apropriado e com custos aceitáveis. O

cumprimento dos pressupostos requer a

atenção de algumas regras, como: os

“desenvolvedores” sabem quem são os

potenciais utilizadores do sistema e têm

um conhecimento que lhes permite

identificar tais utilizadores em termos de

necessidades, atitudes e

comportamentos relacionados ao uso do

sistema; as diferentes versões (ou

protótipos) são construídas rapidamente,

após o que são avaliadas e

consecutivamente corrigidas, refinadas e

melhoradas. O processo de

desenvolvimento compõe-se de etapas,

realizadas iterativamente, que são:

análise de requisitos, projeto,

implementação e avaliação.

A figura 2, ilustra o processo e as etapas:

análise de requisitos, projeto,

implementação, avaliação e verificação

são caracterizadas a seguir.

Page 19: Realidade virtual

Figura 2 Fonte: [Livro do Pré-Simpósio

VIII Symposium on Virtual Reality, p118]

• “Análise dos Requisitos”

Nesta etapa, o objetivo do sistema

deve ser claramente definido, assim

como a identificação das tarefas a serem

executadas. O tipo de tarefa tem grande

influência na interação com o sistema, e a

sua identificação errônea gera um

comprometimento de todo o projeto e,

consequentemente, reduz a qualidade do

produto final [Rebelo,2004].

A definição de utilizador é mais

abrangente, sendo que suas

características, podem até mesmo

inviabilizar o sistema. Estas

características irão influenciar na

interação com o sistema, tanto na sua

interface lógica (habilidades manuais,

nível de discernimento) quanto na física

(tamanho, força, diferenças fisiológicas).

Logo, a sua correta definição é crucial

para o sucesso do sistema [Stuart, 1996].

O ambiente onde o sistema será

implementado também terá grande

influência em seu desenvolvimento

[Sherman, 2003; Stuart, 1996].

Características, por exemplo, espaço

físico e luminosidade, devem ser

consideradas, principalmente quando o

sistema utilizar interfaces imersivas

complexas. É importante enfatizar a

importância dos requisitos globais, que

estão ligados ao ambiente, utilizador e

objetivo, como, por exemplo, se o sistema

é mono ou multiutilizador, se o sistema

vai ser utilizado localmente ou acedido

remotamente. Vale a pena destacar que,

como foi discutido anteriormente, os

seres humanos têm limitações fisiológicas

que devem ser observadas durante esta

etapa, para que as interações sejam

capazes de proporcionar ao utilizador um

grau de realidade elevado. Quando mais

do que um sentido for explorado pelo

sistema de realidade virtual, é primordial

que estes estímulos estejam

sincronizados [Stuart, 1996].

Um exemplo da limitação física é

relacionado com à visão. Este é o sentido

mais explorado em Sistema de Realidade

Virtual, por motivos já apresentados e

também devido ao baixo custo e

eficiência na geração de imagens. A

realização visual do mundo virtual dá-se

através da geração de imagens estáticas

que são projetadas em sequência. Para

que o ser humano perceba a dinâmica

deste mundo, é necessário que estas

imagens sejam apresentadas num curto

intervalo de tempo. Quando a taxa de

exposição destas imagens é superior a

Page 20: Realidade virtual

25 imagens ou quadrados por segundo, a

perceção humana não distingue que

estas são discretas, portanto será

processada pelo cérebro de forma

contínua como um filme. Estas limitações

acontecem com todos os sentidos, tais

como o auditivo, o háptico e o olfativo,

devendo ser consideradas

cuidadosamente. Nesta etapa também

deve ser considerado o peso relativo de

cada requisito e sua viabilidade técnica e

financeira inicial, para que possíveis

problemas sejam solucionados o mais

rapidamente possível.

Em suma, esta etapa visa

identificar e descrever os requisitos do

Sistema de Realidade Virtual, incluindo

as seguintes fases [Kirner, 1999; Kirner,

2004]:

• Definição dos utilizadores. Inclui uma

análise da atuação dos utilizadores nas

tarefas apoiadas pelo SRV e sua

interação com o ambiente virtual;

• Definição dos requisitos básicos do

ambiente virtual. São requisitos exigidos

para todas as aplicações e sistemas de

realidade virtual, incluindo: imersão,

interatividade, envolvimento;

• Definição do funcionamento da

aplicação. Nesta fase, há três situações a

serem consideradas:

a) quando a tarefa a ser executada no

ambiente virtual corresponde à tarefa

realizada no mundo real - por exemplo,

abrir uma porta o acender uma luz;

b) quando a tarefa, no mundo virtual,

será executada de forma diferente do que

ocorre no mundo real, por exemplo, ir de

uma sala à outra dentro de um mundo

virtual, sem passar pela porta;

c) quando a tarefa, no mundo virtual,

não corresponde a nenhuma tarefa

executada no mundo real – por exemplo,

visualizar um quadro contendo gráficos

representativos de dados referentes ao

desempenho de determinada tarefa.

Como resultado desta etapa são

definidos os utilizadores, as tarefas e as

formas de interação entre os utilizadores

e o ambiente virtual.

O Projeto

Na posse dos requisitos

devidamente analisados, deve-se, nesta

etapa, definir como as ideias do cliente

serão colocadas em prática, maximizando

a sua satisfação. Neste momento, deve-

se criar a narrativa do sistema [Sherman,

2003]. Como esta narrativa envolve os

requisitos lógicos do sistema e as

interfaces tecnológicas levantadas na

análise de requisitos, a arquitetura do

sistema e todas as tecnologias envolvidas

devem ser especificadas. Todas as

operações devem ser planeadas e

detalhadas, pois a resposta do sistema

torna-se mais crítica com o aumento da

complexidade da operação, exigindo para

isso um grande poder computacional

Page 21: Realidade virtual

gráfico, e principalmente um elevado

poder de processamento de cálculo.

Ainda, nesta etapa, é definido em detalhe

todas as interfaces do sistema, desde a

funcionalidade dos equipamentos de

entrada e saída, até a interação e estética

do produto, não devendo ser esquecidas

as questões de segurança, ergonomia e

manutenção do sistema. Além de

envolver a especificação de cada

elemento ou objeto do mundo virtual, as

características, comportamentos e

interações desses objetos devem ser

detalhados.

O principal objetivo do projeto, no

caso de um sistema de realidade virtual,

é, portanto, especificar os recursos

computacionais que serão adotados na

implementação do ambiente virtual,

incluindo [Kirner, 1999]:

• Dispositivos de entrada: corresponde

aos equipamentos específicos de

realidade virtual, que são essenciais para

a aplicação, tais como: luvas, capacetes,

câmaras de vídeo, sensores de posição,

dentre outros, além de teclado e rato.

• Dispositivos de saída: têm como

objetivo gerar as apresentações em

realidade virtual, de acordo com os

requisitos definidos para a aplicação e de

forma que os utilizadores possam

entender e interagir com as tarefas que

foram modeladas, tais como: dispositivos

de apresentação visuais e táteis,

auscultadores de ouvido, altifalantes,

dispositivos de realimentação de força.

• Hardware: refere-se aos

equipamentos que serão utilizados,

incluindo microcomputador, estação de

trabalho, telas de projeção, placas de

vídeo, ambiente de CAVE, etc.

• Software: o desenvolvimento de

aplicações de Realidade virtual exige o

uso de software específico, que incluam

recursos de imersão, interatividade e

navegação. Por exemplo, são

necessárias ferramentas e software para:

modelagem gráfica de objetos e cenas

tridimensionais (3D Studio, Open-GL,

etc.), construção de mundos virtuais

(VRML, Shout-3D, etc.), e animação de

objetos e construção de avatares (Poser,

Canoma, etc.). Além destes softwares e

ferramentas específicas da realidade

virtual, são necessárias linguagens de

programação, como C e Java.

• Projeto dos objetos, comportamentos

e interações: nesta etapa do

desenvolvimento do Sistema de

Realidade Virtual, todos os objetos e

cenas que irão compor o ambiente virtual

deverão ser definidos detalhadamente,

levando-se em conta aspetos tais como:

geometria, tamanho, escala, cores e

texturas.

Além disso, os comportamentos a

serem expressados pelos objetos

deverão ser detalhados, como, por

exemplo, mudança de posição e de

Page 22: Realidade virtual

cores, animações. É necessário também,

identificar e detalhar as formas de

interação do utilizador dentro do ambiente

virtual, como, por exemplo: seleção,

movimentação e alteração de objetos e

cenas; navegação livre ou pré-definida

dentro do ambiente virtual; e visualização

de informações relativas a componentes

do ambiente virtual. A definição de

metáforas visuais apropriadas e

compatíveis com a aplicação enfocada é

fundamental para a criação de sistemas

de realidade virtual bem sucedidos.

Portanto, todas as tecnologias

necessárias, além das formas de

interface humano-computador referentes

ao ambiente virtual pretendido, deverão

ser detalhadas durante a etapa de

projeto.

Implementação do Sistema de Realidade Virtual

Com o sistema projetado, a

equipa de implementação utilizará as

tecnologias disponíveis e especificadas

na etapa anterior, para a concretização

do sistema. A construção do conteúdo do

mundo virtual e também da lógica do

sistema é obtida através da utilização de

ferramentas de software, linguagens de

programação e tecnologias afins. Nesta

etapa, acontece a resolução de

problemas específicos para este tipo de

sistema, tais com deteção de colisão,

redução de polígonos, níveis de

qualidade dos modelos e integração entre

equipamentos. A modelagem e o

desenvolvimento utilizando uma

linguagem sob o paradigma orientado a

objetos [Fowler, 1997] podem trazer

vantagens, pois as características deste

paradigma ajudam no desenvolvimento

deste tipo de sistema, como, por

exemplo, a herança (permite a criação de

classes para tratar equipamentos

semelhantes com a especialização

necessária para cada equipamento

específico) e o baixo acoplamento,

característica a qual permite aos diversos

processos trabalharem

independentemente [Stuart, 1996].

O objetivo desta etapa é,

principalmente, a programação do

Sistema de Realidade Virtual, que inclui

as seguintes atividades [Kirner, 1999;

Kirner, 2001]:

• Obtenção e preparação das imagens:

as imagens necessárias são obtidas e

capturadas por meio de scanner,

máquina fotográfica ou câmara de vídeo,

e posteriormente preparadas através de

software de edição de imagens, sendo

convertidas para um formato de arquivo

compatível (jpg, gif, bmp, etc.).

• Construção de cenas, objetos e

avatares: os objetos, cenas e avatares

são construídos, utilizando-se software

gráfico de modelagem tridimensional e de

realidade virtual.

Page 23: Realidade virtual

• Composição do ambiente virtual:

nesta fase, os objetos, cenas e avatares

são integrados para composição do

ambiente virtual, sendo incorporados

também os recursos adicionais de

iluminação, som, pontos de vista,

animação, etc. Como resultado da

implementação, tem-se, portanto, o

produto desenvolvido de acordo com as

atividades anteriormente definidas. [7]

Avaliação do Sistema de Realidade Virtual Os Sistemas de Realidade virtual

podem ser avaliados por meio de

diferentes abordagens, incluindo testes

formais, estudos empíricos e observação

informal. Devem ser testados

principalmente os requisitos relacionados

a desempenho, utilidade e eficácia do

sistema [Kirner, 2004; Myers, 1996;

Sommerville, 1997].

• Desempenho: refere-se à capacidade

do sistema em funcionar de acordo com o

que é esperado, incluindo questões como

tempo de resposta, confiabilidade,

tolerância a falhas, etc. Tais exigências

tornam-se mais complexas de serem

garantidas, quando se desenvolve

ambientes virtuais colaborativos ou

sistemas distribuídos.

• Utilidade: refere-se à capacidade do

sistema ser de fácil aprendizagem,

entendimento e utilização. Em termos

gerais, para o sistema ter boa utilidade,

necessita de possuir interfaces humano-

computador apropriadas, cuja criação

requer a consideração de todos os

componentes do sistema, ou seja,

hardware, dispositivos de entrada e

saída, software e infraestrutura de

comunicação. Além disso, há que

analisar a aplicação que está sendo

focada e, em especial, os utilizadores.

Isto envolve a avaliação de todos os

aspetos que podem influenciar a

interação entre utilizador e sistema,

incluindo: equipamentos de entrada e

saída, informações fornecidas, metáforas

empregadas na modelagem dos objetos,

cenas e avatares, formato dos recursos

de diálogo, material instrucional

disponível, auxílios para instalação, help

on-line, além de suporte técnico e de

formação ao utilizador.

• Eficácia: é um requisito de qualidade

essencial para sistemas de software em

geral, que está relacionado à contribuição

do Sistema de realidade virtual para a

solução do problema em causa. A análise

da eficácia compreende, principalmente,

uma avaliação adequada dos aspetos de

custos e benefícios do sistema

[Sommerville, 1997].

Verificação do Sistema de Realidade Virtual

Durante a Verificação de um

Sistema de Realidade Virtual, deve-se

Page 24: Realidade virtual

considerar diversos aspetos construtivos

do ambiente, como também a

interferência psicológica do uso do

sistema de realidade virtual [Stuart, 1996;

Luz, 1997], além de se preparar

adequadamente os equipamentos e

dispositivos [Burdea, 1996]. As atividades

envolvidas nesta etapa são destacadas a

seguir;

• Análise dos aspetos construtivos do

ambiente: os principais aspetos

construtivos são referentes à temperatura

do ambiente e a interferências sonora,

magnética e luminosa.

• Análise da interferência psicológica

do uso de um sistema de realidade

virtual: é um fator muito importante a ser

considerado. A título de ilustração, pode-

se citar o caso de um sistema de

realidade virtual a ser instalado no chão

de fábrica, cujo respetivo mundo virtual

consista na formação de utilização de

uma máquina específica; neste caso, o

utilizador poderá ficar desorientado

espacialmente após o uso e se este

estiver perto de alguma área de perigo

(máquinas, veículos) poderá ocorrer um

acidente.

• Calibração dos equipamentos:

também é nesta etapa que se faz a

necessária calibração dos equipamentos

do sistema, fator de grande importância,

pois esta operação irá garantir a precisão

dos equipamentos integrados. Merecem

atenção os equipamentos sensíveis,

como os de rastreamento magnético que

sofrem influências de campos

magnéticos. [7]

Experiências de Desenvolvimento de um Sistema de Realidade Virtual

O processo de desenvolvimento

de um sistema de realidade virtual requer

um aprimoramento contínuo, tendo em

vista as seguintes características:

• Rápida evolução da tecnologia,

principalmente no que toca à

visualização. A capacidade gráfica dos

computadores vem crescendo nos

últimos anos.

• Indecisão por parte dos clientes. Este

facto costuma ter um grande impacto no

desenvolvimento do sistema,

principalmente quando a aplicação

envolve a utilização de equipamentos de

alto custo. É importante averiguar se o

cliente poderia se contentar com um

sistema mais acessível, com a qualidade

esperada, sem a necessidade da adição

de certos equipamentos especiais.

• Prototipação rápida, necessária

para a apresentação de viabilidade junto

ao cliente.

A ideia que temos de um Sistema

de realidade virtual ainda é a de

aplicações de alto custo, envolvendo

Page 25: Realidade virtual

equipamentos especializados, como

capacetes, luvas e sensores de posição.

São destacados, a seguir, alguns

Sistemas de Realidade virtual

desenvolvidos com a participação dos

autores, cujas referências bibliográficas

indicadas fornecem subsídios para a

criação de novos ambientes e aplicações

de Realidade Virtual, no que diz respeito

a aspetos do processo de

desenvolvimento.

Projeto Óscar Niemeyer Vida e Obra

Este projeto resultou num CD-ROM, que

possui ambientes virtuais apresentando

projetos do arquiteto Óscar Niemeyer

[Rebelo e Luz, 1998]. O sistema permite

uma visita da estrutura completa de uma

das criações do arquiteto Óscar

Niemeyer. O resultado é o Museu de Arte

Contemporânea, que possui exposições

dentro de um ambiente virtual

atualizáveis pela Internet.

Visita Virtual à Cidade do Funchal

Este projeto da camara municipal do

funchal resultou num site onde possui

ambientes virtuais que mostram a cidade

do Funchal disponível para qualquer um

que aceda ao site. O sistema permite

realizar uma visita pela cidade do funchal.

(http://www1.cm-

funchal.pt/educacao/index.php?option=co

m_content&view=article&id=360%3Avisita

-virtual-a-cidade-do-

funchal&catid=158&Itemid=406).

Visita Virtual Natal 2015

Este projeto resultou num site onde

possui ambientes virtuais que mostram a

cidade do Funchal iluminada, disponível

para qualquer um que aceda ao site. O

sistema permite realizar uma visita pela

cidade do funchal contemplando toda a

iluminação característica da época

natalícia.

(http://imersiva360.com/portfolio/turisticoc

ultural/natal2015/)

Page 26: Realidade virtual

Referências Bibliográficas

[1] “Realidade virtual – Wikipédia, a enciclopédia livre.” [Online]. Available: https://pt.wikipedia.org/wiki/Realidade_virtual. [Accessed: 11-Nov-2015]

[2] Available: http://grv.inf.pucrs.br/tutorials/rv/index.htm#sumario1.2. [Accessed: 11-Nov-2015]

[3] “Untitled.” [Online]. Available: http://nautilus.fis.uc.pt/softc/Read_c/RV/Ensino/artigo.htm. [Accessed: 27-Nov-2015]

[4] “Microsoft Word - Artigo REALIDADE VIRTUAL NA MEDICINA.doc - 9EKTU0w96OLQ2YB_2013-5-24-16-19-1.pdf.” [Online]. Available: http://www.faef.revista.inf.br/imagens_arquivos/arquivos_destaque/9EKTU0w96OLQ2YB_2013-5-24-16-19-1.pdf. [Accessed: 27-Nov-2015]

[5] “Laparoscopic Visualization Research.” [Online]. Available: http://www.cs.unc.edu/Research/us/laparo.html. [Accessed: 27-Nov-2015]

[6] “REALIDADE VIRTUAL E SUAS

APLICAÇÕES NA ÁREA DE

MANUFATURA, TREINAMENTO, S

IMULAÇÃO E DESENVOLVIMENTO DE

PRODUTO.pdf.”

[7] “Fundamentos e Tecnologia de

Realidade virtual e Aumentada -

Fundamentos_e_Tecnologia_de_Realidade_V

irtual_e_Aumentada-v22-11-06.pdf.”

[Online]. Available:

http://www.ckirner.com/download/capitulos

/Fundamentos_e_Tecnologia_de_Realidade_

Virtual_e_Aumentada-v22-11-

06.pdf#page=116&zoom=100,0,842.

[Accessed: 16-Nov-2015]

[8] “Ivan Sutherland – Wikipédia, a enciclopédia livre.” [Online]. Available: https://pt.wikipedia.org/wiki/Ivan_Sutherland. [Accessed: 16-Nov-2015]

[9] “Myron W. Krueger,” Wikipedia, the free encyclopedia. 02-May-2015 [Online]. Available:

https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Myron_W._Krueger&oldid=660457364. [Accessed: 16-Nov-2015]