Aplicação da Técnica de Redesenho de Ambientes 3D Por Meio De Engenharia Semiótica

June 4, 2017 | Autor: Eduardo Damasceno | Categoria: Software Engineering, Requirement Engineering
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APLICAÇÃO DA TÉCNICA DE REDESENHO DE AMBIENTES 3D POR MEIO DE ENGENHARIA SEMIÓTICA Eduardo Filgueiras Damasceno1,4, José Barbosa Dias Jr2,4, Luis Fernando Braga Lopes3,4 [email protected], [email protected], [email protected] Instituto Federal Goiano – Campus de Rio Verde (GO) 2Instituto Federal de Goiás – Campus de Goiânia (GO) 3 Centro Universitário de Maringá (PR) 4Univ. Fed. de Uberlândia (MG) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica 1

Resumo – Este artigo lança luz sobre a área de redesenho sob o prisma semiótico e por meio dele reproduz um projeto de interfaces tridimensional de jogo digital. Palavras-Chave – Engenharia de Software, Engenharia de Requisitos, Engenharia Semiótica, Ambientes Virtuais.

Abstract – Keywords – Software Engineering, Requirements Engineering, Semiotic Engineering, Virtual Environment. 1. INTRODUÇÃO Uma das mais fortes tendências de desenvolvimento de Interface Humano-Computador (IHC) é o desenvolvimento de interfaces de Realidade Virtual (RV), pois esta é uma tecnologia capaz de aproveitar o conhecimento do usuário na operação do mundo real dentro do ambiente sintético computacional criado pela RV, criando uma interatividade e uma usabilidade muito próximas do real. Mas para isso o processo de desenvolvimento do ambiente a ser gerado deve possuir características que levem o usuário a um raciocínio cognitivo entre a dicotomia do mundo real versus mundo virtual de modo que beneficie a sua utilização. Este artigo tenta mostrar o uso de uma metodologia de desenvolvimento de software baseado na Engenharia Semiótica que visa romper as dificuldades de raciocínio cognitivo entre o designer, programador e o usuário. 2. TRABALHOS ANTERIORES No contexto da Engenharia de Software abordado por [2] a engenharia de requisitos é um processo que engloba todas as atividades para a elaboração de um documento (documento de requisitos do software) que serve para nortear o desenvolvimento de uma aplicação. Neste documento existem atividades distintas como a elicitação ou identificação das necessidades do software, especificação ou documentação formal, validação da proposta do sistema. Nela fornece um mecanismo apropriado para entender o que o cliente quer, analisando necessidades, praticidades, negociando uma solução razoável, especificando uma solução de forma não ambígua, validando a especificação e gerenciando como os requisitos são transformados dentro de um sistema operacionalizado maior. No enfoque da RV um equívoco no projeto pode levar a não usabilidade do ambiente ou até mesmo a utilização sem propósito, pois a concepção do ambiente não condiz com a aplicação real do mesmo. Para tanto se devem produzir ambientes que sejam direcionados e contextualizados no conhecimento do usuário, mas de modo geral, os requisitos de um sistema de RV são impostos diretamente pelos sentidos humanos e abstraídos por uma capacidade dos desenvolvedores de representarem os modelos físicos e cinemáticos destes ambientes. A satisfação dos requisitos especificados pelos usuários é a pré-condição básica para o sucesso de um software, entretanto quando se entende que um sistema de RV é mais complexo por mostrar não apenas informações diretas, mas por criar um ambiente informacional que compreende os sentidos sensoriais do ser humano (tato, visão, olfato, audição e percepção), os requisitos poderão não satisfazer todos os usuários do sistema. As experiências do trabalho de [3] são úteis para delinear uma abstração da Engenharia de Requisitos para RV, entretanto pelo fato de um sistema tridimensional ser composto

de características puramente imagináveis convém abstrair um modelo mais específico para que o mundo virtual criado não caia na subtilização de apenas um conteúdo multimídia para auxílio ou uma extensão como uma ferramenta de apoio sem ser substancialmente usável. Pode-se concluir que ambiente de RV criado tem características interativas de manipulação, navegação e seleção associadas influenciado pelo contexto de atuação do usuário no ambiente real esta interface de RV possui uma usabilidade de maior grau [4], visto que as interações entre o mundo e o usuário se dão de forma intuitiva e de relação com o mundo real que o usuário conhece. A pesquisa de engenharia de software contempla os modelos de sistemas de informações necessários para a produção de um software, entretanto para a RV os sistemas são mais do que informacionais, pois estes compreendem um complexo conjunto de informações sendo abstraídas por meio de uma visualização tridimensional, portanto a necessidade do uso de técnicas de interação humano-computador (IHC) é um fator imprescindível para o sucesso do projeto. Diversas metodologias tem-se aplicado no desenvolvimento de um sistema de RV [5], dentre elas se destacam a Análise Orientada a Objetos, Fluxogramas, Modelos de StateChart, WorkFlows e Modelos baseados em Hipermídia, mas mesmo com o avanço destas metodologias a modelagem conceitual deste tipo de sistema computacional ainda é precária. Muito além da visualização das informações, um sistema de RV possui uma manipulação das mesmas de forma não convencional (mouse e teclado) o usuário utiliza dispositivos como luvas, capacetes de visualização, spaceballs, joysticks, webcams, etc., que geram um sentido de “presença”, característico das aplicações e ambientes virtuais [3]. Esta associação entre as técnicas de engenharia de software, e o processo de desenvolvimento de ambientes virtuais pode viabilizar um maior estreitamento na relação de uso do ambiente pelo usuário, causando uma maior a interação e aumentado à usabilidade do sistema. De acordo com [6], existem várias técnicas de interação para o usuário realizar suas ações no ambiente virtual, sendo algumas apropriadas para determinados tipos de tarefas e outras, não. 3. TÉCNICAS DE ABORDAGEM DE ANÁLISE DE REQUISITOS E ESPECIFICAÇÃO PARA AMBIENTES VIRTUAIS O uso de métodos e técnicas para especificar um ambiente virtual depende muito da ótica proposta para a utilização do ambiente e pelos projetistas do sistema que o desenvolve. A tendência de se usar a teoria de IHC como fator de reengenharia para promover a maior usabilidade do sistema é uma alternativa de pós-produção e de avaliação para se justificar a operacionalização do ambiente. Segundo [5] os sistemas de RV demandam certa dificuldade em suas especificações de projeto enquanto produto de software e introduzir novas técnicas de modelagem e especificação têm se tornado comum devido a inconstância da tecnologia e dispositivos inventados para a área. Portanto uma breve classificação é exposta para que seja possível a formalização das atividades até então desenvolvidas na pesquisa de Engenharia de Sistemas para Realidade Virtual. Segundo [6] as técnicas de seleção e manipulação de objetos em ambientes virtuais podem ser classificadas, quanto à metáfora de interação utilizada; Estas técnicas podem ser sistematizadas quanto às técnicas de usabilidade; e de acordo com [8] as técnicas estão dispostas

de forma que contemple a especificação de desempenho do sistema [7]; De acordo com SPAGNOLLI et. al. [9], dá vazão está nas técnicas de avaliação formal baseado em experiências do usuário. O uso de técnicas de mapeamento comportamental como base de Walkthrough Cognitivo [10] para o projeto e as referências apontadas pelo contexto de comportamento do usuário no âmbito Psico-Social [11], dão uma noção da complexidade e arbitrariedade na escolha do método a seguir para uma modelagem estrutural de ambientes de RV. PRESSMAN [12], o foco na análise de projeto do sistema de RV deve ser dado pela inter-relação entre as componentes de Interfaces Humano-Computador necessárias ao projeto. Uma interface de realidade virtual, como dito em [4], é complexa de ser projetada e principalmente de ser implementada, e seu processo de desenvolvimento é destacado pelas atividades de abstração das tarefas que o usuário final deseja com o sistema; a complexidade da realização da tarefa no ambiente; e as restrições físicas e comportamentais do ambiente. E partindo do pressuposto deixado por [13], que todo software é construído com a função básica de processar dados, não importa a área de atuação considerada, portanto, a avaliação dos métodos de modelagem relatada neste artigo mostra vantagens e desvantagens de seu uso. No intuito de beneficiar a produtividade e a usabilidade destes ambientes muito além de dados, o sistema de RV deve ser capaz de interceptar e processar e analisar os eventos do ambiente, sendo monitorado o comportamento o usuário, suas interações e reflexões no mundo em qual está imerso. Neste quesito [12] denota em seu trabalho os seguintes processos para modelagem, consistente em 4 fases de processo: (a) Análise do Ambiente 3D; (b) Processo de Desgin 3D; (c) Processo de Sistematização das Interfaces 3D; (d) Processos de Interação no ambiente; Já na pesquisa de [14] o Modelo baseado em heurística ajuda o designer no processo de pós-produção do ambiente de RV quanto a avaliação de usabilidade e interatividade é apenas uma estratégia de pós-produção para avaliação do ambiente criado. No modelo proposto por BOWMAN [15], retrata um modelo seqüencial que atualmente é uma abordagem mais clara e tanto de pré, quanto de pós-produção do ambiente de RV , pois define as tarefas e suas inter-relações, mas como o próprio nome indica, é um modelo de abordagem seqüencial, não retratando os eventos de múltiplas funções do ambiente. É um bom modelo estático e representativo de uma abstração de uma aplicação de RV. O modelo proposto por [16], VRID (em inglês, Virtual Reality Interface Design), contém aspectos de especificação da interface de sistemas de RV, com a intenção de efetuar uma abordagem objetiva apoiar projetistas de interface em pensar de modo compreensível sobre todo projeto, decompondo as atividades de projeto em tarefas menores, mais simples e conceitualmente distintas e comunicar a estrutura de projeto para desenvolvedores de sistemas com RV. O modelo apresentado [17], denominado de CLEVR (em inglês, Concurrent and Level by Level Development of VR Systems) discute uma abordagem para o processo de desenvolvimento de sistemas de RV considerando a ação simultânea da forma, função e comportamento dos objetos de interface em um modelo de processo incremental, a partir da realização de um processo de modelagem espiral. No trabalho de [18] o desenvolvimento de um laboratório virtual trouxe uma abordagem baseada no método RUP (Rational Unified Process –[19]), o qual desempenha grande papel na unificação das metodologias de processo de software, mas continua a se qualificar um sistema de RV como um sistema convencional. A técnica de especificação de processo e requisitos de software aplicado por [23], a VR-WISE, é uma abordagem que contempla o uso de mapas conceituais como metodologia de elucidação de requisitos em alto nível de abstração, deixando os detalhes específicos para uma associação aos toolkits

(conjunto de ferramentas) de desenvolvimento 3D, a exemplo o World ToolKit, da Sense8, Java3D, OpenGL, DirectX, OGRE, entre outros. A Abordagem até então dos modelos acima descritos foram analisados sob o prisma da Engenharia de Sistemas com base na função de Engenharia de Requisitos tomando como base um projeto tradicional de software. Entretanto um ambiente virtual não é um sistema tradicional que poderá ser modelado com uma notação e uma linguagem de modelagem trivial, necessitando de uma especificação de processos complementares. 4. MOTIVAÇÃO E PROPOSTA Tendo o fator responsável da usabilidade de sistemas de RV as técnicas de projeto e concepção destes ambientes, cada vez mais se faz necessária uma abordagem que integre e cobra as lacunas deixadas pelas metodologias descritas acima criando uma padronização e unificação de propostas metodológicas para a Engenharia de Sistemas de RV. Sendo primordial o uso das técnicas centradas no usuário, pois o mesmo tem como papel atestar a qualidade de um produto. Sendo este um ponto de partida para criação de projetos de RV que sejam estabelecidos e criados a partir de técnicas de modelagem que contemplem e se adequem as futuras inovações tecnológicas para a respectiva área de pesquisa. Deste modo a figura 1 é proposta para elucidar melhor as fases do desenvolvimento de um ambiente virtual, resumindo as metodologias descritas e com o foco na Engenharia de Sistemas convencional. Nesta destacam-se quatro fases sendo elas seqüenciais, a Elicitação de Requisitos; a Especificação de Projeto; a fase de Implementação e, por conseguinte a fase de Testes.

Figura 1 - Metodologia de Engenharia de Software Convencional

De tal premissa surge o insight de usar a base da IHC como metodologia de comunicação entre o Usuário-Designer, sendo o Designer aqui retratado como sendo muito mais que o programador, mas sim uma equipe de desenvolvimento composta por profissionais com as mais diversas formações (computacional, cientifica e artística). Sabe-se que uma aplicação computacional qualquer que seja deve ser idealizada de forma a promover uma efetiva comunicação entre as partes (humano – computador), como se compartilhassem o mesmo modelo mental de comunicação, que neste caso é dado do lado do projetista de interface ou designer e transmitido para o usuário final. Na tentativa de unir os conceitos sobre o desenvolvimento do ambiente ou mundo virtual, a desenho das interfaces 3D, e o que o usuário pode interagir, é necessária uma modelagem que contemple os interesses em um único modelo cognitivorelacional de interação. Essa relação com área de IHC fica mais clara com o surgimento da Engenharia Semiótica, [20], cujo objetivo é utilizar os conceitos semióticos para permitir aos projetistas escolher melhor os sinais (componentes gráficos como caixas de texto, botões, menus, ícones, dentre outros) que comporão a mensagem (interface) que deverá solucionar os problemas dos usuários. Segundo [21], na Engenharia Semiótica (ESm), em particular, a interface de um sistema é vista como sendo uma meta-comunicação entre o designer e o usuário. Esta metacomunicação deve ser em duas vias, sendo interpretada de acordo com o dispositivo utilizado, ou por um conjunto de dispositivos associados ao processo desenvolvido. Na Figura 2 segue-se a proposta do uso da ESm é uma metodologia de se avaliar interfaces de comunicação como processo com foco no usuário. Em trabalhos descritos na

literatura, observa-se que os conceitos ESm é aplicada como método de pós-produção do ambiente computacional criado, e a partir de uma avaliação é repensado o processo de desenvolvimento de interface com o usuário. O uso da ESm para a criação de uma interface de RV é uma estratégia útil para o desenvolvimento destas interfaces, pois o usuário, o qual é o foco do projeto de RV, possui uma linguagem e se expressa de uma forma arbitrária para designar o que deseja do ambiente. Normalmente o projeto de um ambiente de RV é necessário à combinação de diversos conhecimentos e profissionais de áreas de contexto técnico diferente, como por exemplo: artes plásticas, ciências exatas, humanas e sociais, onde cada um tem um papel importante no decorrer do processo de construção do mundo virtual.

que é um conjunto de componentes de software adware que facilita o desenvolvimento de aplicações tridimensionais, a idealização do protótipo inicializou-se com um levantamento de requisitos sobre o sistema, onde constatou-se que um jogo educacional que levasse o discente a compreender os fenômenos da física por meio de um ambiente digital facilitaria a compreensão de outros fatores da disciplina. Neste contexto a realização de diversos experimentos sobre qual seria o ambiente virtual mais adequado para envolver os conceitos de Movimento Retilíneo Uniforme, e o Movimento Retilíneo Variado. O protótipo criado produz uma interface 2D de representação visual. Um exemplo desta interface é visualizado na Figura 4.

Figura 4 - Interface criada pelo mecanismo para o Jogo SIF Figura 2 - Engenharia de Sistemas apoiada pela Engenharia Semiótica

De acordo [22] a ESm. ajuda o projetista do sistema no desenvolvimento da interface com o usuário por meio de quatro etapas integrantes de seu processo de desenvolvimento, que são: análise, design, prototipação e avaliação. Na abordagem proposta são delimitados os processos de modelagem de Áudio, Dispositivos e de Usabilidade (interação), como forma de unificação de todas as demais metodologias descritas na seção 3; Esta abordagem vem de encontro às perspectivas do usuário de um sistema de RV, pois o mesmo poderá especificar seus requisitos de uso e interação no início do projeto e o projetista poderá validar as especificações definidas no final do projeto, como é exposto na figura 3.

De acordo com Battaiola [25] , o desenvolvimento de jogos envolve as seguintes tarefas: a) concepção e documentação da idéia do jogo; b) enredo e cronologia; c) criação e descrição de personagens e itens; d) estudo de ferramentas; e) implementação do jogo; e por último; f) a distribuição do software. Com o desenvolvimento do primeiro protótipo, chegamos a conclusão que o aplicativo apresentaria alguns problemas se fosse desenvolvido em 2D. Uma dessas falhas seria o mau desempenho, pois a rotação do taco teria que ser feita pixel a pixel, (Figura 5), , renderizando toda a imagem a cada vez que o usuário mudasse a posição do taco, fazendo com que o JDE obtivesse uma maior latência.

Figura5 – Posições em que seria feita a renderização.

Figura 3 - Proposta de Modelagem para Ambientes Virtuais

Outra falha seria a perda da aproximação da realidade, pois estando em 2D a bola não faria o efeito de girar sobre a mesa. Por isso o novo protótipo está sendo desenvolvido em três dimensões (3D), visto na Figura 6, o que solucionaria os problemas citados anteriormente e haverá uma melhora no design gráfico.

No uso de um método padronizado de elicitação, especificação e avaliação de requisitos, com possíveis extensões, que atendam às peculiaridades dos diferentes tipos de ambientes virtuais a contribuição da aplicação da engenharia semiótica para a definição de requisitos de sistemas de realidade virtual bem como a validação da especificação por metodologias de específicas de produção de ambientes virtuais e avaliação automatizada dos requisitos. Como a resultante é um padrão de especificação, esta poderá ser aplicada em diversos sistemas, desde as ambientes virtuais, quanto a jogos de computadores. 5. DESCRIÇÃO DO PROTÓTIPO Segundo, Lia e Bittenourt [24] a utilização de Jogos Digitais (JD) computadorizados na educação proporciona ao aluno motivação, desenvolvendo também hábitos de persistência no desenvolvimento de desafios e tarefas. O protótipo desenvolvido foi concebido em linguagem Delphi, com OpenGL por meio da biblioteca GLScene [26,27]

Figura 6 – Nova interface criada para o Jogo SIF

O usuário poderá ver na prática como as leis de Newton interferem no nosso cotidiano. Como exemplo ele poderá definir a massa da bola e logo observará que alterando esta, sua aceleração também será alterada; poderá escolher a cidade em

que o jogo está ocorrendo, para assim entender melhor a relação e principalmente a diferença entre peso e massa; o usuário também entenderá o tipo de trajetória que a bola está fazendo, se o movimento é Retilíneo Uniforme, Retilíneo Uniformemente Variado ou Retilíneo Variado. 6. REDESENHO SEMIÓTICA

DO

PROJETO

COM

ENGENHARIA

Baseado no processo descrito na Figura 3 o princípio deste trabalho destaca a possibilidade do redesenho de interfaces 3D, neste caso aplicada ao projeto de JDEs. O projeto final está com uma interface transformada pela aplicação do processo de Esm, visto pelo lado tanto do projetista quanto do usuário (figura 7) . Com a remodelagem gráfica e a validação dos requisitos de usuário novas opções de interação estão sendo adicionadas ao projeto. A interação basicamente realizada com o teclado e mouse passa a exigir novos conceitos que poderão ser apresentado em novos trabalhos como as técnicas de interação multi-modal (fala, texto e tato).

Figura 7 – Nova Interface aplicado o processo de Engenharia Semiótica

A satisfação dos requisitos especificados pelos usuários é a pré-condição básica para o sucesso de um software sendo conveniente abstrair um modelo mais específico para que o mundo virtual criado não caia na subtilização de apenas um conteúdo multimídia para auxílio, ou uma extensão, como uma ferramenta de apoio, sem ser substancialmente usável.

Figura 8 – Interação Convencional por meio de apontador

7. CONCLUSÃO O Redesenho da interface 3D é uma espécie de “conversação” entre o homem e a técnica através da interface. A interação homem-computador não seria, portanto, somente uma forma de colocar perguntas e obter respostas, mas um contexto onde o leitor ativo está a todo o momento estabelecendo relações próprias de diversos caminhos, ampliando o potencial de leitura tanto das informações quanto do conforto visual da interface criada. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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