O USO DA TECNOLOGIA DE GAME ENGINES NO PROCESSO DE PROJETO DE UNIDADES PRODUTIVAS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO








O USO DA TECNOLOGIA DE GAME ENGINES
NO PROCESSO DE PROJETO DE UNIDADES PRODUTIVAS





Francisco de Mello Toledo e Silva














SÃO CARLOS
2013

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO








O USO DA TECNOLOGIA DE GAME ENGINES
NO PROCESSO DE PROJETO DE UNIDADES PRODUTIVAS





Francisco de Mello Toledo e Silva

Monografia do Curso de Graduação em Engenharia de Produção da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).




Orientador: Prof. Daniel Braatz Antunes de Almeida Moura



SÃO CARLOS
2013

















"The Battle of Waterloo was won on the playing fields of Eton."
Duke of Wellington

SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 10
1.1 CARACTERIZAÇÃO DO TEMA DE PESQUISA 10
1.2 FORMULAÇÃO DOS PROBLEMAS E OBJETIVOS DA PESQUISA 11
1.3 JUSTIFICATIVAS DA PESQUISA 12
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO 12
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 13
2.1 CARACTERIZAÇÃO E DEFINIÇÃO DE GAME ENGINE E MIDDLEWARE 13
2.1.1 Middlewares 15
2.1.2 Game Engine 30
2.2 APLICAÇÕES PROFISSIONAIS DA TECNOLOGIA DE GAME ENGINES 35
2.2.1 Exemplo de Aplicação 1: Simulação de situações de periculosidade e emergência - Evacuação em incêndios 36
2.2.2 Exemplo de Aplicação 2: Simuladores de Veículos Industriais - Treinamento de funcionários para guindastes - análise e prevenção de acidentes 39
2.3 METODOLOGIA SIMUCAD/PSPLAB PARA O PROJETO DE UNIDADES INDUSTRIAIS 42
3 METODOLOGIA DE PESQUISA E ESTUDO DE CASO 49
3.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA 49
3.2 ATORES DA PESQUISA E COLETA DE DADOS 51
3.3 CARACTERIZAÇÃO DA EMPRESA 51
3.4 ESTUDO DE CASO 52
3.4.1 - Estudo do mix de produtos e tecnologias de fabricação 53
3.4.2- Dimensionamento dos fatores de produção 55
3.4.3- Elaboração dos templates dos centros de produção 56
3.4.4- Construção de um novo layout 57
3.4.5 – Layout detalhado 59
3.4.6 – Implementação da tecnologia de Game Engine para layout detalhado 60
3.4.7- Resultados 69
4 – CONCLUSÕES E POSSIBILIDADES FUTURAS 71
4.1 BENEFÍCIOS 71
4.2 PROBLEMÁTICAS 72
4.3 POSSIBILIDADES FUTURAS 73
Referências 77

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS


3DS – 3D Studio file – extensão de arquivo do software 3D Studio Max
API – Application Programming Interface – Interface de Programação de Aplicativos
CAD – Computer Aided Design – Projeto Auxiliado por Computador
CE – Cryengine
CGF – Cryengine Geometry File – extensão de arquivo do software Sandbox
CPU – Computer Processing Unit – Unidade de Processamento Computacional
DEP – Departamento de Engenharia de Produção
DOS - Disk Operating System – Sistema Operacional em Disco
DWG – DraWinG – extensão de arquivo do software Autocad
FPS – Frames per Second – Quadros por Segundo
GE – Game Engine – Motor de Jogo
GIS – Geographic Information System – Sistema de Informação Geográfica
GPU – Graphics Processing Unit – Unidade de Processamento Gráfico
GUI – Graphic User Interface – Interface Gráfica de Usuário
IA – Inteligência Artificial
NUI – Natural User Interface – Interface Natural de Usuário
PSPLab – Laboratório de Ergonomia, Simulação e Projeto de Situações Produtivas
PUP – Projeto de Unidades Produtivas
RV – Realidade Virtual
SDK – Software Development Kit – Kit de Desenvolvimento de Software
SKU – Stock Keeping Unit - Unidade de Manutenção de Estoque
UE – Unreal Engine
UFSCar – Universidade Federal de São Carlos



LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1- Evolução do tamanho das equipes, complexidade e custo dos projetos. 16
Figura 2.2- Cconfiguração de 4 camadas de áudio. 17
Figura 2.3- Processo de produção de vídeo com alta qualidade de compressão. 18
Figura 2.4- Na esquerda, a tecnologia isolada, na direita, aplicação no jogo Backbreaker (NaturalMotion). 19
Figura 2.5- Exemplo de etapas captura de movimento facial e sobreposição dos resultados. 19
Figura 2.6- Gerador automatizado de paisagens e cidades LandSIM3D. 20
Figura 2.8- Comparação entre 2 cenas com a mesma modelagem e diferentes configurações de textura. 21
Figura 2.9- Exemplos de tipos de texturas. a. diffuse map, b. specular map, c. normal map, d. height map, e. aparência final de um material composto por estes 4 mapas sob iluminação global simples, f. e g. materiais compostos por outros 4 mapas de textura. 21
Figura 2.10- Acima, a renderização com Mental Ray e, abaixo, com Cryengine3 23
Figura 2.11- Simulação de fluidos viscosos e da deformação de corpo semi-rígido. 24
Figura 2.12- Simulação da movimentação de partículas e de tecidos. 24
Figura 2.13 Coordenação de três guarda-costas, com identificação de pontos de risco. 25
Figura 2.14- IA evitando simultaneamente a colisão de 1000 entidades. 25
Figura 2.15- Apresentação de uma função (ou nó) para programação visual. 27
Figura 2.16- Exemplo de programação visual para o setup de um personagem de IA. 27
Figura 2.18- Sistema Haption de manipulação de precisão com feedback de impacto. 29
Figura 2.19- Tecnologia multi-touch e hardware Kinect (Microsoft) para captura de movimentos. 29
Figura 2.20- Família de mouses 3D e seus seis eixos de operação. 30
Fonte: Site da fabricante 3Dconnexion (www.3dconnexion.com). 30
Figura 2.21- Jogo Crysis 2 em modo multiplayer, com diversos papéis táticos. 30
Figura 2.22- Modelo 3D completo do prédio no editor de cenários da GE. 37
Figura 2.23- Simulação virtual na esquerda e imagem real na direita. 37
Figura 2.24- Compilação dos resultados na escala Likert. 38
Figura 2.25- Quadro conceitual para aplicação da tecnologia de jogos digitais. 40
Figura 2.26- Na esquerda, a perspectiva do operador do guindaste e, na direita, a perspectiva do operador 2. 41
Figura 2.27- Configuração do controle do operador do guindaste (T2). 41
Figura 2.28- Processo de projeto do Layout Industrial 43
Figura 2.29- Centro de produção representado através de template bidimensional. 44
Figura 2.30- Projeto de fábrica desenvolvido em 2003. 48
Figura 2.31- Projeto de fábrica utilizando 3D Studio Max, de 2009. 48
Figura 3.1- Ficha da atividade e operação de um centro de produção. 54
Figura 3.2- Exemplo de cronometria de um produto completo. 55
Figura 3.3- Planilha de listagem de CPs e dimensionamento dos fatores de produção. 56
Figura 3.4- Equipamento representado em 2D e 3D. 57
Figura 3.5- Dimensionamento dos CPs e estimativa de área do block-layout. 57
Figura 3.7- Uma das opções de block-layout desenvolvidas considerando o terreno anexo. 59
Figura 3.8- Planta final projetada em 2D no AutoCAD. 60
Figura 3.9- Processo de projeto de unidade produtiva utilizando uma Game Engine. 60
Figura 3.10- Representações gráficas de um robô de solda ao longo do projeto. 62
Figura 3.11- Decal da unidade industrial com prédios posicionados. 62
Figura 3.12- Bibliotecas de objetos para criação de ambiente virtual. 64
Figura 3.13- Ferramenta de iluminação para setup preciso dos parâmetros do sol. 64
Figura 3.14- Setor com equipamentos, instalações e personagens posicionados. 65
Figura 3.15- Área externa utilizando bibliotecas de vegetação e pintura do terreno. 66
Figura 3.16- Setup dos parâmetros do avatar na Cryengine. 67
Figura 3.17- Controle de Xbox utilizado para controlar o avatar pelo cenário. 68
Figura 3.18- Layout final construído na Game Engine. 69
Figura 4.1- CP 2D e 3D agrupados em um modelo individualizado e interativo. 74
Figura 4.2- Controle de personagem virtual em tempo-real com (a.) óculos de RV e (b.) captura de movimentos. 75


LISTA DE QUADROS

Quadro 2.1 - Compilação das Game Engines desenvolvidas entre 1993 e 2011. 32
Quadro 2.2- Revisão e comparação das funcionalidades das principais Game Engines com SDKs disponíveis gratuitamente na internet. 33
Quadro 2.3- Categorias de aplicações profissionais de GEs. 35
Quadro 3.1- Pesquisas desenvolvidas com auxílio da GE CryEngine pelo grupo SimuCAD/PSPLab. 52


1 INTRODUÇÃO

1.1 CARACTERIZAÇÃO DO TEMA DE PESQUISA

A seleção de uma ferramenta depende da tarefa em mãos; para o Grupo de Ensino, Pesquisa e Extensão SimuCAD/PSPLab, do Departamento de Engenharia de Produção na Universidade Federal de São Carlos, onde são desenvolvidas soluções em ergonomia, projeto do produto, simulação de sistemas e projetos de situações produtivas, a escolha de ferramentas computacionais se configura como um dos importantes pilares sobre os quais o grupo se mantém. Outros pilares se configuram como o tempo de experiência acumulada pelo grupo nestas áreas de atuação, desde sua fundação em 1995, e o apoio da universidade em que está inserida, a qual fomenta de forma cotidiana o cruzamento de ideias e a formação de novas competências, em um espaço pluridisciplinar e educacionalmente estratificado.
A metodologia desenvolvida pelo Grupo SimuCAD/PSPLab compreende o projeto de instalações industriais como um modelo dinâmico, o qual se utiliza de ferramentas de computação gráfica e de simulação animada como meio de discussão, para obtenção de respostas e apresentação de resultados (MENEGON, COSTA & CAMAROTTO, 1997).
Tal metodologia está inserida em um contexto de projeto que exige flexibilidade durante o período de estudo e desenvolvimento das instalações futuras, algo que se deve à necessidade de adaptação às constantes variações de mercado. Esta incerteza quanto ao congelamento do horizonte de planejamento exige, por sua vez, que além da adequação dos projetistas às mudanças verificadas, continuem a ser gerados resultados parciais sem a desaceleração do ritmo do projeto, e este possa avançar.
Esta flexibilidade exigida dos projetistas requer, portanto, que suas ferramentas de trabalhos sejam igualmente dinâmicas e flexíveis, além de serem capazes de gerar resultados intermediários de alta qualidade; foi neste contexto que em janeiro de 2009 uma nova linha de estudo iniciou-se dentro do grupo. O objetivo central deste estudo, denominado "Softwares para Cenários Evolutivos", é o de continuamente selecionar, estudar e aplicar novas tecnologias computacionais com requisitos técnicos capazes de suportar projetos de situações produtivas de pequeno a grande porte, ao mesmo tempo em que confiram maior agilidade e flexibilidade aos mesmos.
O tema deste estudo é então, a busca e a aplicação de softwares voltados para a aplicação em projetos de fábrica. Após um período de estudos por diversas soluções existentes no mercado, foi feita a escolha pela tecnologia de Game Engine (GE), softwares responsáveis pela criação de cenários para jogos digitais, como jogos de computador e para vídeo games.
A utilização das tecnologias de games para aplicações profissionais tem tido repercussão mundial nos últimos anos e tem se apresentado como bastante promissora para novas pesquisas e aplicações. Ao longo dos últimos quatro anos esta tecnologia tem sido estudada pelo autor e outros membros do grupo no recorte temático do projeto de situações produtivas, uma linha de pesquisa inovadora que tem demonstrado resultados satisfatórios e trazido benefícios para o grupo, motivo pelo qual este tema foi escolhido para ser abordado neste trabalho de graduação.

1.2 FORMULAÇÃO DOS PROBLEMAS E OBJETIVOS DA PESQUISA

Tendo em vista o percurso decorrido até a escolha do tema, objetiva-se responder ao longo deste trabalho, os três seguintes problemas de pesquisa:
O que são, quais são e onde são aplicadas GEs atualmente?
Qual é o processo de implementação de uma GE no processo de projeto de unidades produtivas?
Quais as vantagens proporcionadas e as desvantagens a serem possivelmente evitadas quando da utilização de uma GE para aplicações profissionais?

Os objetivos de pesquisa seguem abaixo, derivados de seus problemas de pesquisa respectivos:
Sistematizar as definições de GE, as suas principais características, compilar e revisar alguns casos de uso de GEs em aplicações profissionais;
Apresentar as modificações necessárias na GE Cryengine (Crytek) para a sua implementação em um projeto de fábrica real.
Discutir as vantagens e problemáticas em geral da utilização de GEs em aplicações profissionais;

1.3 JUSTIFICATIVAS DA PESQUISA

A condução desta pesquisa contribuirá para a compreensão e difusão da validade dos projetos nesta área do conhecimento.
A pesquisa e análise de aplicações já desenvolvidas nesta área do conhecimento são fundamentais para que projetos futuros sejam mais bem sucedidos e aceitos;
Viabilizar, posteriormente, que metodologias de projeto que utilizem a tecnologia de GE estejam mais bem fundamentadas.

1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO

No capítulo 1, é apresentada uma introdução ao trabalho e uma breve explicação acerca do tema central da pesquisa, seguido das questões de pesquisa, objetivos de pesquisa e justificativas para o estudo deste tema: o uso da tecnologia de GE em projetos de unidades produtivas.
No capítulo 2, segue uma revisão bibliográfica sobre Projeto de Unidades Produtivas com foco nas técnicas para a representação e visualização de projetos na fase de Projeto Detalhado. Neste capítulo de revisão também são conduzidas a caracterização, definição e diferenciação entre Game Engine e Middleware, além de uma revisão de algumas aplicações profissionais de GEs.
O capítulo 3 é dedicado a uma descrição da metodologia de pesquisa utilizada, além de apresentar um estudo de caso sobre a implementação da tecnologia de GE no processo de projeto de um novo plant layout de uma empresa de bens de consumo do Estado de São Paulo.
Por fim, o capítulo 4 é reservado às conclusões e considerações finais sobre o trabalho de graduação, incluindo ainda uma discussão sobre as possibilidades futuras de uso desta inovadora plataforma no escopo do projeto de situações produtivas.


2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 CARACTERIZAÇÃO E DEFINIÇÃO DE GAME ENGINE E MIDDLEWARE

Antes da existência das Game Engines, os jogos digitais precisavam ser desenvolvidos desde o nível mais baixo da programação, o kernel, cuja função é a comunicação entre aplicativos (softwares) e o processamento real de dados (hardware).
Conforme as tecnologias de hardware foram se desenvolvendo e aumentando a capacidade de processamento, novas programações de kernel se fizeram necessárias, o que abriu espaço para empresas se especializarem nestas atualizações. As primeiras empresas a se especializarem em desenvolvimentos de baixo nível foram a BRender (1986), RenderMorphics (1992) e Criterion Software (1993), direcionadas para a comercialização de códigos para renderização – algoritmos responsáveis por fazer uso dos processadores para gerar imagens na tela. Em 1995 a RenderMorphics foi adquirida pela Microsoft para dar origem a uma aplicação de gráficos 3D para o Windows 95, quando tal tecnologia passou a ser chamada de Direct3D; a empresa Criterion Software acabou incorporada pela gigante distribuidora e produtora de jogos EA (Eletronic Arts) em 2004; e a BRender, primeira empresa fundada, desenvolveu aplicações para Atari, Nintendo, Sony e Microsoft, porém, devido à inconstância dos projetos contratados, decretou falência no ano de 2004.
O termo Game Engine começou a ganhar força na época do lançamento e grande popularização dos jogos de tiro em primeira pessoa Doom (1993) e Quake (1996) – ambos da produtora de jogos digitais id Software. Tais jogos obtiveram tanto sucesso em suas vendas que outras empresas do setor passaram a se interessar no licenciamento das plataformas que serviram de base para estes. As plataformas foram batizadas pela produtora de "id tech 1" e "id tech 2", mas tornaram-se mais conhecidas popularmente como Doom Engine e Quake Engine.
Com o licenciamento e pagamento de direitos à produtora, outras empresas puderam começar a criar seus próprios jogos do mesmo gênero de tiro em primeira pessoa sobre a plataforma, reaproveitando milhares de linhas de código de funções pré-programadas (navegação por teclado e mouse, a renderização de imagens em tempo real, o processamento de músicas, sons e efeitos em 3D, entre outros). Foi então que estes softwares-base passaram a ser conhecidos de maneira mais ampla como Game Engines, ou em português, motores de jogo.
Com esta estratégia de reutilização de funcionalidades, as empresas produtoras de games puderam focar o tempo e o orçamento na criação de novos enredos e novos conteúdos que tornassem seus jogos únicos (novas armas, personagens, histórias, etc.).
Esta estratégia se mostrou muito vantajosa para as produtoras, passando a economizar tempo de programação do hardware por trás dos jogos e, ao mesmo tempo, possibilitando aumentar a qualidade do conteúdo, resultando assim num substancial aumento de competitividade destas empresas. Como consequência deste aprimoramento no modelo de negócio, houve também uma mudança na configuração das equipes das produtoras, passando de uma maioria de programadores para uma maioria de artistas digitais.
Nos últimos anos, os jogos digitais têm aumentado vertiginosamente a sua complexidade, tempo de produção, tamanho das equipes e, consequentemente, também o orçamento de tais projetos. O que se vê hoje são produções com orçamentos multimilionários, com trilhas sonoras originais executadas por orquestras renomadas, gráficos ultrarealísticos e a integração de tantas tecnologias de ponta em um único projeto que, tais superproduções são comparáveis às de Hollywood.
O gráfico da Figura 2-1 ilustra, no eixo vertical, a evolução da quantidade de pessoas empregadas na produção de jogos e, no eixo horizontal, as gerações de jogos com os seus custos estimados (em milhões de dólares), os valores incluem custos de produção, marketing e promoção.



Figura 2.1- Evolução do tamanho das equipes, complexidade e custo dos projetos.
Fonte – Adaptado de . Acesso em: 7 fev. 2012. Tradução do autor.

2.1.1 Middlewares

Esta escalada de complexidade e de custos de produção tem obrigado estúdios a reaproveitar ao máximo as ferramentas e bibliotecas que já possuem, na medida em que não comprometam a originalidade de seus títulos, impelindo assim a reutilização de diversos elementos de projetos anteriores - mesmo que considerados ultrapassados - como modelagens, texturas e inclusive as próprias GEs.
A pressão mercadológica por inovação e qualidade ao longo dos anos se mantém, e continua a gerar oportunidades. Apesar de ainda haver espaço para a criação de novas plataformas de GEs este mercado está cada vez mais saturado devido à robustez das plataformas atuais, e por isso a oportunidade maior para empresas de pequeno e médio porte tem residido no desenvolvimento de novas, melhores e mais especializadas tecnologias que, gradualmente, trazem novas possibilidades para os games. Cada tecnologia especializada e cada componente agregado em uma GE, quando compreendido individualmente, é então denominado middleware.
Abaixo se segue uma apresentação das diversas categorias de middlewares empregados nos jogos mais recentes para computadores e consoles, além de uma breve descrição de suas funcionalidades e as principais empresas do segmento. As categorias mais relevantes são as de áudio, vídeo, animação, modelagem, texturização, renderização, simulação de física, inteligência artificial, programação de eventos, interface com o usuário, dispositivos de interação, redes e segurança.

Áudio

Componentes responsáveis pelo gerenciamento de todo o áudio de jogos, são sistemas de alta qualidade com funcionalidades embutidas para gravação, edição, compressão, posicionamento de áudio 3D e disparo de sons dinamicamente de acordo com eventos pré-programados. As tecnologias mais modernas de áudio permitem atualmente a sobreposição e reprodução simultânea de até 128 camadas de áudio, proporcionando alta fidelidade e riqueza de detalhes sonoros. A Figura 2.2 apresenta um exemplo de configuração de 4 camadas de áudio.

Figura 2.2- Cconfiguração de 4 camadas de áudio.
Fonte: Site do fabricante, FMOD (www.fmod.org).

Principais empresas: eDimensional, AM3D, Audiokinetic Wwise, A-Volute, CRI Middleware - CRI Audio, Dynatmos, Firelight FMOD, InterAmus Music Systems, OpenAL, Princeton Digital, RAD Game Tools - Miles, Screaming Bee,
Un4seen Developments, Vivox, Spirit DSP, Cricket audio engine.




Vídeo

Estes middlewares são responsáveis por desenvolver tecnologias relacionadas à conversão, edição, compressão e reprodução de vídeos em jogos. Quando hoje as câmeras digitais e suas produções aumentam a resolução e a qualidade de vídeo, estas empresas buscam, através do desenvolvimento de novos codecs, cada vez mais reduzir o tamanho em disco destes arquivos gerados, sem perda notável de qualidade. Estas empresas, por serem especialistas em manipulação de vídeo, costumam ser contratadas para produzir animações 3D de logotipos e inserir vídeos (tipicamente 2D) em objetos tridimensionais. O processo de produção de vídeo de alta qualidade de compressão é apresentado na Figura 2.3.


Figura 2.3- Processo de produção de vídeo com alta qualidade de compressão.
Fonte: Site da produtora Autodesk Scaleform (www.gameware.autodesk.com/scaleform).

Empresas: CRI middlware – CRI Movie, RAD Game Tools – Bink, Pixbend SDK – Nexilogic.com, Scaleform.

Animação

Componente responsável pela animação realística, computada em tempo-real, dos movimentos corpóreos e faciais dos personagens tanto humanos quanto animais. Integra tecnologias de captura de movimento, detecção precisa de colisão, além de simuladores de corpos rígidos e corpos flexíveis (Figuras 2.4 e 2.5).

Figura 2.4- Na esquerda, a tecnologia isolada, na direita, aplicação no jogo Backbreaker (NaturalMotion).
Fonte- Site da produtora, NaturalMotion (www.naturalmotion.com).



Figura 2.5- Exemplo de etapas captura de movimento facial e sobreposição dos resultados.
Fonte: Site do desenvolvedor, Captive Motion (www.captivemotion.com).

Principais empresas: Annosoft, EMotion FX, The Game Creators - DarkVOICES, Havok - Animation, NaturalMotion, OC3 Entertainment, RAD Game Tools - Granny.

Modelagem

Softwares especializados no desenvolvimento e comercialização de modelos tridimensionais, podendo ser bibliotecas de objetos, de personagens, árvores, nuvens, geradores automáticos de cidades ou terrenos (Figura 2.6), entre outras diversas bibliotecas (Figura 2.7) prontas para reduzir o esforço de arte dos produtores. Estas bibliotecas costumam ser comercializadas também para a indústria cinematográfica.


Figura 2.6- Gerador automatizado de paisagens e cidades LandSIM3D.
Fonte: Site do fabricante Bionatics (www.bionatics.com).


Figura 2.7- Bibliotecas de nuvens e de árvores prontas para uso.
Fonte: Site dos fabricantes Sundog e SpeedTree (www.sundog-soft.com e www.speedtree.com)

Principais empresas: Binary Worlds, Bionatics, IDV, NiceTech, Sundog Software, VWorld, Daz3d.

Texturização

Ramo especializado na criação de texturas para criação de ambientes mais realísticos. Atualmente as tecnologias de texturização são muitas, permitindo a sobreposição de diversas camadas de imagens sobre objetos para adicionar detalhes e aprimorar os efeitos de iluminação. Diferentes ambiências podem ser obtidas variando-se apenas as texturas dos modelos 3D, como pode se visto na Figura 2.8.

Figura 2.8- Comparação entre 2 cenas com a mesma modelagem e diferentes configurações de textura.
Fonte: Site da empresa allegorithmic (www.allegorithmic.com).

Existem diversos tipos de texturas para reproduzir os diferentes efeitos visuais de cada material encontrado na natureza, os diferentes tipos de texturas são: diffuse map, bump map, normal map, environment map, opacity map, specular map, glow map, reflection map. Um exemplo de sobreposição de texturas segue na Figura 2.9.
a. b. c. d.
e. f. g.
Figura 2.9- Exemplos de tipos de texturas. a. diffuse map, b. specular map, c. normal map, d. height map, e. aparência final de um material composto por estes 4 mapas sob iluminação global simples, f. e g. materiais compostos por outros 4 mapas de textura.
Fonte: Site da empresa allegorithmic.
Principais empresas: allegorithmic, ZUXXEX Entertainment, Fork Particle. Porém este é um mercado muito amplo, por possuir aplicações em diversas áreas

Renderização

A renderização deve ser entendida como o processo de geração de uma imagem digital de um modelo através da utilização de algoritmos em um computador. Para a obtenção de imagens virtuais realísticas é necessária a utilização de diversos algoritmos que buscam simular os efeitos visuais que se percebem na natureza.
Tandianus, Johan e Seah (2012) ressaltam que a renderização em tempo real de imagens fotorealísticas é uma das grandes metas para a computação gráfica e para o entretenimento, pois possibilita à audiência experimentar a imersão em um mundo virtual como se fosse o mundo real. Porém, é computacionalmente custoso se gerar imagens foto realísticas de cenas 3D, especialmente de cenas dinâmicas (cujos objetos sofrem transformações como translação e rotação) e ainda sob iluminação do ambiente.
Os desenvolvimentos nesta área costumam ser os mais aguardados pelo público gamer (jogadores assíduos de videogames), pois são responsáveis por proporcionar perceptíveis saltos na qualidade dos gráficos e no nível de realismo dos ambientes virtuais entre as gerações de jogos. A Figura 2.10 ilustra um exemplo de uma mesma cena renderizada com o Mental Ray (45 minutos para renderizar uma única imagem) e com Cryengine 3 (renderização de 120 imagens por segundo).




Figura 2.10- Acima, a renderização com Mental Ray e, abaixo, com Cryengine3.
Fonte – Forum Games On Net (http://games.on.net/forums/viewtopic.php?f=27&t=174479).

Nos últimos anos, graças à evolução do processamento nas GPUs, os resultados obtidos são de altíssimo realismo, sendo atualmente capazes de combinar simultaneamente inúmeros recursos de simulação visual como: bump-mapping, caustics, depth of field, diffraction, filtering, fogging, global illumination, indirect illumination, mip mapping, motion blur, non-photorealstic rendering, opacity, optimization, radiosity, ray-casting, ray-tracing, reflection, refraction, sampling, shading, shadows, soft shadows, texture-mapping e translucency.

Principais empresas: Geomericsx, Lightsprint – Vision, RAD Game Tools – Pixomatic, Sundog Software, Umbra Software, Wizaid, Simul Weather.
Simulação de Física

Esta categoria é especializada em desenvolver soluções em detecção de colisão, controle de personagens, efeitos de partícula, simulação de fluidos e simulação de tecidos (Figuras 2.11 e 2.12). Devido aos avanços no processamento das placas gráficas, este ramo de tecnologia é empregado também na simulação de colisões de grandes proporções, como o choque de galáxias utilizando-se milhões de partículas.

Figura 2.11- Simulação de fluidos viscosos e da deformação de corpo semi-rígido.
Fonte: Canal de Alexandre Faiad (www.youtube.com/user/guismoale) e Crytek (www.crytek.com).



Figura 2.12- Simulação da movimentação de partículas e de tecidos.
Fonte: Site da empresa Havok (www.havok.com).

Principais empresas: Ageia, Blade, DTECTA, Havok - Physics and FX, Pixelux, Phyar Lab, Simul-X, CloakWorks, Matali Physics Po.



Inteligência Artificial (IA)

Componente responsável pela programação dinâmica, em tempo real, dos personagens não jogáveis (NPCs ou non-playable characters). Atualmente, a inteligência artificial em jogos digitais possibilita a simulação da percepção espacial de personagens, descoberta dinâmica de caminhos em 3D, coordenação de equipes (Figura 2.13), auto-reprogramação de trajetórias em ambientes com alterações dinâmicas, evita colisões entre personagens (Figura 2.14), possibilita a simulação de comportamentos (ex: situações de pânico em grupo e hostilidade), entre outros.

Figura 2.13 Coordenação de três guarda-costas, com identificação de pontos de risco.
Fonte: Site do sistema Autodesk Kynapse 6 para IA (http://gameware.autodesk.com/kynapse).


Figura 2.14- IA evitando simultaneamente a colisão de 1000 entidades.
Fonte: Site do sistema Autodesk Kynapse 6 para IA (http://gameware.autodesk.com/kynapse).

Principais empresas: AiLive, AiSeek, Artificial, BabelFlux, Presagis AI.implant, Havok – Behavior, Autodesk Kynapse, PathEngine, Procedural Arts, SpirOps, Storytron, Stottler Henke, TruSoft - Artificial Contender, X-aitment, Xtreme Strategy, Instinct, vitechnologies.

Programação de eventos

Outra funcionalidade muito útil oferecida aos criadores de cenários interativos é a programação de eventos, que pode ser feita através de programação visual (interfaces simples e intuitivas para a combinação de funções, ou nós, com variáveis pré-estabelecidas) ou através de linhas de código (quando são necessárias funcionalidades não previstas na biblioteca de nós). Tais bibliotecas por vezes chegam a oferecer mais de 200 nós com funções específicas que, quando combinadas, oferecem uma alta flexibilidade de programação em um período bastante reduzido, o que por sua vez permite aumentar a quantidade de funcionalidades e interatividades implementadas com grande agilidade.
Utilizando-se as APIs de programação visual embutida nas melhores GEs pode-se criar sequências sofisticadas de eventos com pouco trabalho e nenhuma experiência em linguagens de programação. Estes sistemas são bastante robustos, sendo capazes de disparar eventos dinâmicos, responder a interações específicas do usuário, realizar simulações estocásticas e probabilísticas, além de realizar alterações e transformações em praticamente quaisquer elementos do cenário (animação de objetos, veículos e personagens, variações de texturas, eventos de câmeras, variações nas condições climáticas, etc.). Na Figura 2.15 é apresentado um exemplo de nó da API da Cryengine, o Flowgraph, e na Figura 2.16, um exemplo de setup de um personagem de IA (Grunt1) entrando em um veículo (Graph Entity) e em seguida dirigindo ao longo de um caminho (AIPath1).

Figura 2.15- Apresentação de uma função (ou nó) para programação visual.


Figura 2.16- Exemplo de programação visual para o setup de um personagem de IA.

Interface gráfica de usuário

Tais interfaces denominadas de GUI (interface gráfica de usuário) costumam ser projetadas para facilitar a interação do usuário final com os sistemas e fornecer feedbacks relevantes em tempo real. Através de textos e representações icônicas, a utilização do software, suas interatividades, funcionalidades e o ajuste de configurações se tornam substancialmente mais simples e amigável, em contraste com a interface de linha de comando existente em sistemas digitais antigos, como o DOS.
Como apresentado na Figura 2.17, podem ser criados menus prévios à entrada no cenário para o setup de condições iniciais ou menus contextualizados, para interações durante a navegação. Em ambos os casos os menus interativos costumam ser criados com a tecnologia Scaleform (Autodesk).

Figura 2.17- Exemplo de menus interativos pré-jogo e durante um jogo.
Fonte: Site do middleware Autodesk Scaleform (http://gameware.autodesk.com/scaleform).

Principais empresas: Omegame, Autodesk Scaleform GFx, Wintsch Labs

Dispositivos de interação

A interação entre seres humanos e computadores pode ser realizada de inúmeras maneiras. Inicialmente havia apenas as interfaces via código, em seguida surgiram as interfaces gráficas e atualmente uma nova categoria que tem ganhado destaque devido à sua facilidade de uso é a de interfaces naturais.
Apesar das tarefas mais comuns no dia a dia das pessoas envolverem majoritariamente mouse e teclado, há uma infinidade de soluções de hardwares para interagir e controlar os sistemas computacionais. As possibilidades de interação e manipulação virtual suportadas pelas GEs contam atualmente com middlewares e dispositivos para captura de movimentos corporais e faciais em tempo real, joysticks especializados para veículos variados (carros, aviões, helicópteros), sistemas com force-feedback que simulam o impacto com objetos, óculos de realidade virtual (RV) e caves para proporcionar uma maior imersão, entre outros. A Figura 2.18 apresenta dois sistemas de manipulação manual de precisão.


Figura 2.18- Sistema Haption de manipulação de precisão com feedback de impacto.
Fonte – Site da fabricante Haption (www.haption.com).

Na categoria de dispositivos para Interface Natural de Usuário (NUI), os destaques são para as telas sensíveis a múltiplos toques e para hardwares como o Kinect (Microsoft), capazes de capturar os movimentos de todo o corpo do usuário sem que este precise segurar ou manipular qualquer objeto para que seus movimentos sejam simulados em um avatar no mundo virtual (Figura 2.19).

Figura 2.19- Tecnologia multi-touch e hardware Kinect (Microsoft) para captura de movimentos.

Para os desenvolvedores, mouse e teclado são ainda os dispositivos mais utilizados, para estes, há também hardwares especializados como mouses com diversos eixos de operação, o que busca melhorar a ergonomia da atividade de manipular objetos virtuais e aumentar a produtividade - tais mouses são apresentados na Figura 2.20.


Figura 2.20- Família de mouses 3D e seus seis eixos de operação.
Fonte: Site da fabricante 3Dconnexion (www.3dconnexion.com).

Empresas de destaque: 3Dconnexion, XSens, Microsoft, Dassault Systèmes.

Conexões de Rede

A integração destes middlewares permite que os jogos sejam utilizados em ambiente multiusuário (em rede local ou pela internet). Estes são desenvolvidos para acessar a internet com segurança, assegurar a privacidade dos dados dos jogadores, manter uma baixa latência de conexão e proporcionar uma alta escalabilidade de servidores para jogos 24 horas por dia. Proporcionam também métricas de utilização dos jogos, rankings, promovem competições, formam comunidades e comercializam digitalmente customizações para os jogos. Um exemplo de aplicação das conexões de rede para jogos digitais pode ser visto na Figura 2.21.


Figura 2.21- Jogo Crysis 2 em modo multiplayer, com diversos papéis táticos.
Fonte: Site da produtora Crytek (www.crytek.com)

Principais empresas: Andago, Bigfoot Networks, Cybernet Systems, GameSpy, Helios Software, Lyra Networls, Quazal Technologies, RakNet, Replica Software, Tincat, ZeroC, Xfire, Solid Patcher.

Segurança

Este ramo é dedicado à garantia dos direitos autorais dos desenvolvedores durante a fase de distribuição do conteúdo, e sendo responsáveis atualmente pela implementação de senhas em mídias (CDs, DVDs e Blu-ray Disks), pelo bloqueio da realização de cópia de mídias, pela obrigatoriedade de usuários realizarem autenticações online e também por inibir fraudes em jogos em ambiente multiusuário.

Miscelânea

Uma categoria menos especializada agrupa diversos desenvolvedores, suas aplicações são funcionalidades digitais e dispositivos reais, como habilitar a conversa entre usuários através de chats, proporcionar efeitos de iluminação no ambiente do usuário em sincronia com a claridade e cor do cenários virtual.

Empresas de destaque: InvenSense, Philips – amBX, Chatblade, +7 Systems, Avatar Standard.


2.1.2 Game Engine

A especialização e o desenvolvimento de forma independente das diversas tecnologias apresentadas no tópico anterior conferiram aos desenvolvedores de jogos digitais uma vasta gama de recursos, permitindo que os componentes sejam adquiridos separadamente e aglutinados para formar softwares mais robustos, softwares estes que podemos chamar de Game Engines.
Na literatura há poucas definições ainda para o termo, o que se percebe é uma dificuldade de separar e firmar conceitos de GE e middleware. Uma das poucas tentativas de definir GE é proposta por Ward (2008) a seguir:

Um conjunto de ferramentas computacionais, que torna desnecessário o conhecimento de detalhes técnicos e etapas comuns à produção de jogos, permitindo que os desenvolvedores possam se focar mais tempo nos aspectos que tornam os seus jogos únicos. Tais ferramentas podem ser quaisquer programas com utilidades pré-fabricadas para simplificar o processo de criação de jogos.

Devido ao rápido avanço das tecnologias de hardware, cada GE é capaz de utilizar os recursos disponíveis de sua época, por este motivo, GEs antigas não estão mais na linha de frente para o desenvolvimentos de jogos.
Ward (2008) também propõe a divisão das GEs em três tipos, cada uma requerendo diferentes níveis de habilidade em programação previamente ao início da produção do ambiente virtual interativo propriamente dito, são elas: desenvolvimento-próprio (roll-your-own), praticamente-pronta (mostly-ready) e apontar-e-clicar (point-and-click).

Desenvolvimento-próprio - linguagem de baixo nível: requerem alta experiência em programação. Apesar de fornecer o maior grau de liberdade possível para a criação de experiências interativas são as que demoram mais tempo até que as bases para a criação do jogo estejam fundadas, por isso, são pouco atrativas para a maioria dos desenvolvedores de jogos e mais atrativas para os desenvolvedores de plataformas de GEs (as outras duas categoriais). Foram inclusas neste grupo as APIs gráficas DirectX, OpenGL, XNA e SDL.

Praticamente-pronta - linguagem de médio nível: requerem alguma programação até que estejam prontas para rodar algum jogo. Não são otimizadas para tipos de jogos particulares, mas mesmo assim são programas que irão provavelmente proporcionar melhor desempenho do que se fossem desenvolvidas completamente. Neste grupo estão incluídas GEs como: OGRE, Genesis 3D, Torque, Unreal, Cryengine, Unity3D, id Tech e Gamebryo.

Apontar-e-clicar - linguagem de alto nível: categoria representada geralmente por aplicações que requerem pouco ou nenhum domínio de programação, são projetadas para possuir interfaces amigáveis com linguagem mais próxima da humana. Estas GEs geralmente são mais restritas e geralmente são capazes de produzir com qualidade apenas um ou dois gêneros de jogo, apesar disso permitem que novos jogos sejam criados e testados rapidamente. Foram citadas nesta categoria as GEs: GameMaker e Torque Game Builder.

Com base na experiência de uso destas plataformas para a criação de diversos cenários virtuais com aplicações profissionais de engenharia, propõe-se neste trabalho ainda outra definição para o termo:
"Game Engines são plataformas de software que aceleram e facilitam o processo de criação e desenvolvimento de ambientes de realidade virtual de alta interatividade com o usuário final – tipicamente jogos digitais – fornecendo bibliotecas e funcionalidades pré-desenvolvidas que possuam utilização mais ou menos rotineira pelos desenvolvedores."
No Quadro 2.1 apresenta-se uma compilação das principais GE encontradas no mercado entre 1993 e junho de 2011, com suas especificações mínimas de hardware, os jogos de maior sucesso em cada plataforma e exemplos de aplicações profissionais com estas.
No Quadro 2.2 há uma avaliação e comparação de sete dimensões de quatro diferentes GEs consideradas atualmente de alto padrão e que possuam SDK disponível gratuitamente na internet - uma revisão relevante para os interessados em compreender e trabalhar com estes sofisticados softwares, visando facilitar a escolha da melhor ferramenta de acordo com a tarefa em vista.






Quadro 2.1 - Compilação das Game Engines desenvolvidas entre 1993 e 2011.



Quadro 2.2- Revisão e comparação das funcionalidades das principais Game Engines com SDKs disponíveis gratuitamente na internet.
2.2 APLICAÇÕES PROFISSIONAIS DA TECNOLOGIA DE GAME ENGINES

Por ser uma tecnologia relativamente recente e em plena difusão, há muitos desenvolvedores independentes em busca de nichos de mercado para desenvolver novos trabalhos e aplicações, cujos benefícios e implicações foram ainda pouco explorados.
Nesta seção é conduzida uma revisão da literatura sobre aplicações profissionais de GEs: aplicações cujo objetivo principal não é o puro entretenimento. O critério de busca utilizado foi basicamente a busca pelas palavras-chave "3d", "game" e "engine" na base de dados ScienceDirect, da editora Elsevier, a qual retornou 1340 resultados referentes a artigos. Após este filtro, foram então selecionadas publicações consideradas de maior relevância para o tema deste trabalho. No Quadro 2.3 são apresentadas algumas categorias em que o uso desta tecnologia já se faz presente e tem demonstrado resultados satisfatórios. Em seguida, dois artigos foram selecionados como mais relevantes para este trabalho (marcados com um asterisco) e, revisados em detalhe.

Categoria
Aplicação prática
Referência
Simuladores de Veículos Industriais
Simulação realística de uma empilhadeira
Juang, Han & Kang, S. C. 2011

* Treinamento de funcionários para guindastes - análise e prevenção de acidentes
Guo, Li, Chan & Skitmore, 2011
Simulação de situações de periculosidade e emergência
* Evacuação em incêndios
Smith & Trenholme, 2009

Avaliação da eficiência de sinalizações de emergência
Chieh-Hsin, Wu & Lin, 2008

Treinamento e suporte a operações de emergência
Louka & Balducelli, 2001
Edutainment
Museus virtuais
Haguenauer et. al, 2008

Boas práticas na cozinha
Mac Namee et al. 2006

Fractais - Exploração e aprendizado de geometrias complexas
Bourke, 2008
Militainment
Recrutamento e pré-seleção de recrutas
Zyda, 2005

Criação de um software para simulação de treinamentos militares
McDowell et al, 2006
Reconstrução de cenários reais
Reconstituição de cenas para tribunais
Schofield, 2011

Arqueologia e apoio à herança cultural
Rua & Alvito, 2011
Planejamento de ocupações futuras
Planejamento urbano
Fritsch & Kada

Construção civil
Shiratuddin & Thabet, 2006

Visualização arquitetônica e avaliação de acessibilidade
Yan, Culp & Graf, 2010

Projeto de fábrica
Braatz et al., 2011
Psicologia
Validação do uso de GEs para avaliações psicológicas
Frey et al., 2006
Quadro 2.3- Categorias de aplicações profissionais de GEs.
2.2.1 Exemplo de Aplicação 1: Simulação de situações de periculosidade e emergência - Evacuação em incêndios

Título do artigo: Prototipação rápida de um ambiente de evacuação em incêndios utilizando tecnologia de jogos de computador. (Tradução do autor)

Conduzir procedimentos de evacuação em prédio modernos sob condições realísticas pode ser difícil. Durante treinamentos reais de evacuação grupos de pessoas costumam ser instruídas a se deslocar até a saída em ritmo calmo e sem ter que lidar com situações de pânico decorrentes de corredores cheios de fumaça, fogo em locais inesperados ou saídas bloqueadas. Além disso, treinamentos de evacuação são considerados interruptivos quando não programados ou tediosos quando conduzidos rotineiramente.
Como alternativa para simular tais situações de risco os autores sugerem o uso de ambientes virtuais computacionais, os quais, em comparação com as simulações reais, superam as desvantagens de alto custo, baixa repetitividade da tarefa e o baixo perigo real associado. Conduziram então uma pesquisa para avaliar a usabilidade, o realismo, e se a utilização de GE é adequada para a rápida prototipação de ambientes virtuais para esta atividade. Segue-se no artigo então uma narrativa sobre a revisão de trabalhos relacionados, uma revisão das tecnologias existentes para o desenvolvimento deste ambiente virtual, o desenvolvimento do cenário em si, a condução da pesquisa com voluntários, os resultados obtidos e suas conclusões com o estudo.
Para simular uma situação de emergência, os autores citam como elementos essenciais, o uso de ferramentas capazes de projetar o ambiente virtual, permitir a locomoção neste, avaliar o comportamento humano na presença de ameaças, aferir os tempos de evacuação e representar o alastramento de fogo e fumaça pelo ambiente.
O ambiente escolhido para modelagem e simulação foi o prédio de 3 andares do Departamento de Ciência da Computação da Universidade de Durham, no Reino Unido, local sede da pesquisa, o qual foi modelado com o software Vega, um software CAD; para todos os outros pontos, foi investigada a possibilidade de reutilização dos recursos de jogos digitais para desenvolver mais rapidamente os cenários de suporte à simulação de evacuações. Após uma vasta pesquisa e comparação entre as tecnologias de GEs disponíveis na época, foi escolhida a Source Engine.


Figura 2.22- Modelo 3D completo do prédio no editor de cenários da GE.

Lewis & Jacobson (2002, p. 27-31) notam que, em diversos casos, seria difícil imaginar uma aplicação para a qual uma GE específica serviria e outras não. A Source Engine foi escolhida para este projeto "por oferecer um ambiente virtual de alta qualidade e por incluir um amplo apoio em seu SDK" (software development kit), os fatores decisivos para a escolha foram o suporte a efeitos de partícula, como fogo e fumaça (Figura 2.23) e a possibilidade das entidades de fogo dar ignição a outras entidades, o que criaria a impressão de alastramento do fogo e aumentaria o nível de realismo do cenário prototipado.


Figura 2.23- Simulação virtual na esquerda e imagem real na direita.

Foram posicionados nos locais apropriados do edifício virtual objetos da biblioteca do jogo que ajudassem a caracterizar o departamento, como cadeiras, quadros de cortiça, luzes, prateleiras e outras mobílias, além da utilização do efeito de transparência de vidro em algumas das janelas.
A estratégia adotada pelos pesquisadores foi a de criar 3 cenários de risco no mesmo edifício, variar apenas a localização dos pontos onde haveria chamas e quais passagens estariam bloqueadas, coletar métricas de desempenho através dos tempos de evacuação, obter respostas subjetivas com questionários e também filmar as interações para análises posteriores. Voluntariaram-se 12 participantes - recrutados através da lista de e-mails da universidade - aos quais foi paga uma quantia de quatro libras (equivalente a 10 reais) pela participação, todos completaram a evacuação nos três cenários.
Após a compilação dos dados das interações, os resultados indicaram uma melhor performance dos participantes que, no início da pesquisa, caracterizaram-se como gamers (definidos pelo autor como pessoas que jogam no computador cotidianamente), enquanto que os com menos experiência alegaram dificuldade e tiveram maiores tempos de evacuação. Foram aferidas também as impressões dos usuários quanto à dificuldade de navegação, velocidade de locomoção, realismo do edifício, realismo da tarefa e grau de atenção.
Assim, segundo os autores, embora o realismo da tarefa fosse questionável, houvesse dificuldade na navegação e os objetos no jogo estivessem limitados aos proporcionados pela GE, a realidade do cenário e o grau de imersão/atenção foram altos (Figura 2.24).

Figura 2.24- Compilação dos resultados do artigo.

Algumas das conclusões dos pesquisadores acerca das desvantagens do uso de GEs são as de que participantes com maior experiência em jogos virtuais, podem tratar a simulação como um jogo de entretenimento, e por isso ignorar indicações de perigo no cenário ou não interagir com o ambiente como o fariam na vida real.

2.2.2 Exemplo de Aplicação 2: Simuladores de Veículos Industriais - Treinamento de funcionários para guindastes - análise e prevenção de acidentes

Título do artigo: Utilizando tecnologias de games para aumentar a segurança em canteiros de obras de construção civil. (Tradução do autor)

Muitos acidentes relacionados ao uso de equipamentos da construção civil ocorrem pelo mundo, e os treinamentos de segurança são considerados por muitos como uma das melhores abordagens para a sua prevenção. Porém, segundo o autor, os métodos e ferramentas atuais utilizados nos treinamentos de segurança são incapazes de proporcionar situações práticas e realistas aos aprendizes. Como alternativa a este problema, este artigo descreve como proporcionar tal treinamento através de um estudo de caso que se vale de ambientes virtuais para promover contribuições aos treinamentos de segurança da vida real.
Segundo Guo (2011), a indústria da construção civil está entre as indústrias com maiores níveis de risco, com acidentes resultantes de quedas, desabamento, choques elétricos e colisões sendo os mais comuns. Segundo registros citados pelo autor, os acidentes com guindastes somaram mais de 120 fatalidades nos Estados Unidos entre 1992 e 2002, 41 no Japão em 2006 e 14 em Hong Kong entre 1998 e 2005, motivo pelo qual o autor se foca nesta publicação em pesquisar como treinamentos podem reduzir as fatalidades com este tipo de equipamento pesado.
O método de pesquisa apresentado identificou ambientes comuns de operação com risco evidente, selecionou a tecnologia de games adequada e desenvolveu um estudo de caso para testar e medir os resultados do treinamento. Adicionalmente, o autor utilizou questionários e entrevistas com os trabalhadores para avaliar o desempenho do treinamento baseado em tecnologia de jogos digitais. O quadro conceitual utilizado para aplicação da tecnologia é o que se segue na Figura 2.25.


Figura 2.25- Quadro conceitual para aplicação da tecnologia de jogos digitais.

O estudo de caso que se segue teve como objetivo a execução da atividade cooperativa de 3 operadores para desmontar uma parte de um guindaste e transportá-la para outra localidade, de acordo com os procedimentos padrão. Este processo envolve os seguintes passos:
Conectar cabos de aço do guindaste operante (T2) aos ganchos do guindaste sendo desmontado (T1);
Soltar os parafusos do guindaste sendo desmontado;
Levantar e movimentar a parte desmontada para outra localidade.

Para executar esta atividade havia um operador no guindaste principal e dois auxiliares na plataforma para soltar os parafusos e engatar os cabos. A Figura 2.26 apresenta os pontos de vista de dois dos operadores, evidenciando o risco da operação realizada à distância, com maquinário pesado.

Figura 2.26- Na esquerda, a perspectiva do operador do guindaste e, na direita, a perspectiva do operador 2.

Para controlar a movimentação dos avatares e do guindaste principal, os operadores foram treinados a utilizar controles Wii (Nintendo) com configurações específicas para cada atividade. Segue a customização do controle do operador do guindaste principal.

Figura 2.27- Configuração do controle do operador do guindaste (T2).

Iniciaram-se então as sessões de realidade virtual com manipulação dos cabos, ganchos, guindaste e avatares, durante a qual disseram considerar o processo de treinamento simples e fácil.
Os aprendizes foram interrogados ao final da tarefa, e afirmaram poder reconhecer com eficiência a sequência do processo de desmontagem, os potenciais riscos associados e executar as tarefas com tranquilidade. Eles puderam também praticar diferentes métodos e sequências de desmontagem até que dominassem a operação e as habilidades de colaboração necessárias para uma operação segura. Além disso, o disparo imediato de notificações quando problemas de segurança surgiam permitiu que acidentes por vezes fossem evitados.
A tecnologia tem sido agora utilizada em diversos projetos de construção, em alguns casos a plataforma auxiliou no treinamento de segurança e em outros foi adotada como medida de segurança preventiva na administração de obras. Um dos grandes benefícios oferecidos por esta plataforma tem sido a facilidade de operação, devido à similaridade aos jogos de vídeo game.
Uma comparação foi feita também entre o treinamento oferecido com esta plataforma de realidade virtual e os métodos de treinamento tradicionais, os indicadores da pesquisa feita com questionários e entrevistas buscavam avaliar o grau com que os operadores conseguiam identificar as operações e identificar problemas de segurança próximos a eles e a terceiros.
Os resultados da pesquisa mostraram finalmente que a plataforma é capaz de aprimorar as habilidades de colaboração entre os operadores e aumentar a segurança nas obras de construção civil. E o principal benefício identificado foi a possibilidade de permitir aos futuros operadores praticar as atividades de alto risco quantas vezes desejarem com baixo custo e nenhum risco associado.


2.3 METODOLOGIA SIMUCAD/PSPLAB PARA O PROJETO DE UNIDADES INDUSTRIAIS

Este trabalho de graduação foi possível devido ao tempo de permanência do autor no grupo de ensino, pesquisa e extensão SimuCAD/PSPLab do Departamento de Engenharia de Produção (DEP) da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), o qual trabalha com ergonomia, projeto do produto, simulação de sistemas e projeto de plantas industriais.
A metodologia desenvolvida pelo grupo em 1995, publicada em Costa, Menegon e Camarotto (1997), para o estudo de um plant layout é aqui apresentada por ter sido a base para as primeiras aplicações da tecnologia de GE em projetos de unidades produtivas, notadamente na fase de layout detalhado, etapa que será abordada em maiores detalhes neste trabalho.
Antes de compreender cada etapa do método de trabalho, se fazem necessárias algumas considerações: (a) o plant layout reflete diretamente a materialização da estratégia de manufatura, (b) expõe a distribuição espacial dos fatores de produção (homens, materiais e equipamentos), (c) é condicionado pela estratégia global do negócio e, por isso, deve ser capaz de absorver eventuais mudanças do ambiente, (d) deve incorporar as expectativas dos usuários (gerentes, encarregados e trabalhadores) nas fases iniciais do projeto e, (e) deve ser observado sob um ponto de vista dinâmico, onde um conjunto de especificações atua como fronteira que condiciona o novo conceito (COSTA, MENEGON e CAMAROTTO, 1997).
Torres (2007) corrobora desta visão, e Hácita ainda que o processo de construção de alternativas de arranjo é um processo de decisão complexo, multidisciplinar, iterativo e interativo, em que cada participante do processo traz consigo uma série de características, experiências subjetivas, crenças e valores e a verdadeira natureza e os detalhes do problema só são conhecidos à medida que o projeto é executado. Na Figura 2.28 é representada a metodologia SimuCAD/PSPLab e, em seguida, uma apresentação teórica sobre cada etapa do processo de projeto.

Figura 2.28- Processo de projeto do Layout Industrial
Fonte- Costa, Menegon e Camarotto, 1997.

O ambiente se relaciona ao universo de variáveis que cercam o negócio e seleciona as variáveis que farão parte do desenvolvimento da solução.
Mix de produção e tecnologia é um estágio inicial de compreensão do negócio da unidade produtiva com atenção especial às famílias de produtos, os materiais utilizados, as tecnologias de fabricação e seus processos.
Os fatores de produção, classicamente definidos como Capital, Terra e Trabalho, devem ser desdobrados em termos mais específicos e podem ser compreendidos aqui como o dimensionamento de máquinas, equipamentos, mão de obra, matérias-primas, volumes de produção e o mapeamento de processos.
Os templates (ou gabaritos) são representações do conceito de centro de produção, entendido como "qualquer unidade de funcionamento da fábrica que colabora diretamente para a transformação de qualquer matéria prima em produto acabado" (OLIVÉRIO, 1985), podendo esta representação ser bi ou tridimensional. O domínio do conceito de template e da sua técnica de confecção é fundamental para o projetista, visto que a concepção do arranjo físico deve atender às necessidades específicas de cada uma destas unidades, tais como suas principais áreas (operação, manutenção, refugo, acessos, segurança, transporte, manobras internas, etc.) e pontos de abastecimento com insumos (água, óleo, eletricidade, GLP, etc.). Um exemplo de template de centro de produção completo pode ser visualizado na Figura 2.29. Vale ainda notar que, apesar da área final do template costumar ser bastante maior que a do equipamento isoladamente, durante a composição do layout e acomodação dos equipamentos, pode haver sobreposição de zonas consideradas secundárias ou com baixa frequência de ocupação, como é o caso das zonas de segurança e de manutenção.

Figura 2.29- Centro de produção representado através de template bidimensional.
Fonte- Camarotto, 2006.

A simulação é responsável por modelar a situação atual da fábrica com o objetivo inicial de se obter um modelo válido para, só então, buscar simular cenários futuros utilizando tais recursos. Nesta etapa, em geral são necessários os tempos de produção de cada tipo ou família de produtos, informações sobre os movimentadores e a disponibilidade de recursos para a criação do modelo. Os resultados desta fase costumam fornecer informações como o número/volume de recursos necessários para um cenário desejado anos à frente, porém, sem a obrigatoriedade de apresentar uma solução ótima.
A estratégia de produção é derivada do modelo de negócio da empresa parceira, e condiciona as decisões de produção no curto, médio e longo prazo.
A construção do layout é o processo que deriva de todas as fases descritas anteriormente, no qual a experiência dos projetistas é central para a análise dos recursos disponibilizados e das necessidades da empresa cliente e, aqueles, se valendo de técnicas, teorias e tecnologias de diversas áreas como engenharia de produção, ergonomia, organização e segurança do trabalho, determinam as diretrizes do projeto. Neste estágio são definidos a orientação, entre outros aspectos, os fluxos principais da fábrica, a proximidade entre os setores, o tamanho necessário para cada setor e as restrições/limitações do projeto.
A transição para a etapa de layout detalhado carrega consigo tipicamente algumas exigências, entre elas estão (a) uma compreensão acentuada do processo produtivo (desejavelmente a compreensão da operação de todos os centros de produção), (b) o domínio de técnicas de representação do arranjo físico final e que (c) as decisões de dimensionamento dos fatores de produção e de block-layout (tamanho e posicionamento dos setores) estejam próximas de um consenso entre os profissionais especialistas.
Dadas estas premissas, pode-se iniciar o estudo dos corredores para fluxos principais e a população com os templates pré-elaborados nas grandes áreas já reservadas para os setores. Definir o layout detalhado exige atenção e experiência dos projetistas envolvidos. Neste estágio, todas as informações coletadas ao longo do tempo de projeto são relevantes para se definir a disposição final de cada equipamento - não raramente centenas deles. A estratégia mais recomendada continua a ser a resolução de problemas da ordem macro para micro, iniciando-se pela compreensão do sentido e intensidade do fluxo de materiais entre os setores para, em seguida, avaliarem-se as opções de fluxo e logística interna por setor. São feitas também recomendações sobre o tipo de layout mais indicado para cada setor (por processo, por produto, posicional, linha, célula, misto, etc.).
Por fim, se segue o estudo da posição e rotação dos equipamentos, os quais devem considerar fatores ergonômicos dos postos de trabalho, respeitar as zonas primárias indicadas nos templates dos centros de produção (com sobreposição ou não de zonas secundárias), reduzir distâncias, considerar necessidades futuras do projeto (reserva de áreas para expansão), entre outras necessidades específicas dos participantes do projeto. Alguns outros objetivos levantados por Apple (1977), Slack (1997) e Torres (2007) também bastante relacionados ao projeto detalhado são: facilitar o acesso para operação, racionalizar e economizar espaço e aumentar a segurança do uso de dispositivos e equipamentos.
Vale lembrar ainda que a existência de erros nesta última etapa, caso não percebidos e corrigidos antes do das etapas de projeto detalhado executivo, construção civil e montagem, podem significar por vezes altos custos de correção e adequação, ou o comprometimento do desempenho teórico da planta.

Representações digitais de unidades industriais para o grupo SimuCAD/PSPLab

Devido à relevância do estudo de layout para o desempenho futuro da organização e à complexidade do trabalho em desenvolvimento, é de interesse das empresas incentivar a participação de trabalhadores de diferentes níveis hierárquicos - com visões e experiências complementares - nas reuniões de apresentação e discussão de propostas. As diversas reuniões (não apenas na etapa de layout detalhado) costumam contar com a presença de pessoal de áreas bastante estratificadas, como presidência, sócios majoritários, diretores, engenheiros, gerentes e por vezes também operários de chão de fábrica com destaque nas áreas de atuação sendo discutidas em cada momento, porém, não se limitando a estes atores. Nestes encontros, tudo é preparado para que haja grande troca de informações entre os stakeholders, objetivando uma comunicação objetiva e facilitada, focada na resolução de problemas com interdependências complexas e na criação de valor.
Como se pode perceber, esta é uma fase que necessariamente considera o conhecimento e as contribuições dos mais variados participantes do projeto – profissionais que são, por natureza, heterogêneos em suas formações, especializações e habilidades cognitivas. Sobre esta questão, Camarotto (2006) comenta a importância do uso de ferramentas adequadas para o apoio às discussões e à tomada de decisão, com ressalvas ainda para a eficácia da comunicação quando se utilizam representações icônicas tridimensionais, em comparação ao uso de mídias bidimensionais (imagens, desenhos, fotos e vídeos):

"não se pode esquecer que numa equipe de projeto nem todos são projetistas, envolvendo sujeitos com maior ou menor competência na linguagem de desenho; para qualquer situação de projeto a utilização das técnicas de representação tridimensional são superiores e possibilita maior facilidade de comunicação e superioridade na tomada de decisão" (CAMAROTTO, 2006, p. 114)

O advento dos computadores trouxe consigo uma revolução ferramental capaz de potencializar e expandir as habilidades humanas. Para a engenharia industrial um dos grandes benefícios foi a computação gráfica – tema central deste trabalho. Torres (2007) comenta sobre esta época de transição de tecnologias e sugere um caminho natural para o nível de detalhe de projeto com base em capacidade computacional e no nível de linguagem:

"As representações bidimensionais foram as primeiras a serem transpostas para o uso em computadores, notadamente através do desenvolvimento do conceito e de programas computacionais de CADD (Desenho e Projeto Auxiliado por Computador). Com a evolução dessas ferramentas, que se tornaram mais poderosas e amigáveis, as representações tridimensionais também se tornaram mais comuns, com maior ou menor capacidade de representação dos detalhes do arranjo físico." (TORRES, 2007, p. 42)

O grupo SimuCAD/PSPLab possui alta proximidade com as tecnologias de projetação utilizando softwares CAD desde o início de sua operação em 1995, tendo executado diversos projetos de unidades produtivas desde sua fundação. A seguir são retomadas cronologicamente algumas imagens de projetos executados pelo grupo, com alguns comentários focados nas tecnologias de computação gráfica empregadas.
A Figura 2.30 apresenta o projeto de uma empresa líder mundial na produção de alumínio que foi finalizado em 2003. A modelagem 3D foi feita em AutoCAD e a apresentação final utilizou o software 3D Studio Max 5 para a geração de um vídeo com câmera guiada para apresentar as instalações externas e internas. No vídeo, há também uma simulação animada de um processo interno da empresa auxiliado por ponte rolante e um veículo.

Figura 2.30- Projeto de fábrica utilizando 3D Studio Max 5, em 2003.
Fonte: Documentação de projetos do SimuCAD/PSPLab.

A Figura 2.31 apresenta o projeto para uma empresa líder mundial na produção de material de escritório que foi finalizado em 2009. A modelagem foi feita em AutoCAD 2004 e a apresentação final contou com a produção de um vídeo em 3D Studio Max com momentos de foco em cada um dos setores produtivos.


Figura 2.31- Projeto de fábrica utilizando 3D Studio Max 9, em 2009.
Fonte: Documentação de projetos do SimuCAD/PSPLab.



3 METODOLOGIA DE PESQUISA E ESTUDO DE CASO

3.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA

Segundo Ganga (2012), são quatro as formas de classificação de uma pesquisa científica, combinadas para caracterizar o desenvolvimento da monografia:

Quanto à natureza da pesquisa:
Pesquisa básica: possui o objetivo de gerar conhecimentos novos, úteis para a ciência e sem aplicação prática prevista.
Pesquisa aplicada: possui o objetivo de gerar conhecimento para resolução de um problema prático.

2) Quanto à abordagem:
(i) Pesquisa quantitativa: abordagem voltada para a mensuração de variáveis. Esta forma objetiva de estudo, implica na eliminação do subjetivismo na análise dos fatos (MARTINS, 2010). Utiliza-se de modelos matemáticos e técnicas estatísticas para análise dos dados.
(ii) Pesquisa qualitativa: abordagem voltada para obtenção de informações e observação de fenômenos com a perspectiva do indivíduo, através de sua interação com o ambiente (MARTINS, 2010). Não são necessários modelos matemáticos e técnicas estatísticas. Os dados são coletados no ambiente e o pesquisador assume importância relativa para análises (GANGA, 2012).

3) Quantos aos objetivos:
(i) Pesquisa exploratória: objetiva levantar o problema e estudá-lo de forma a colaborar com seu conhecimento. Este tipo de objetivo envolve levantamento bibliográfico e entrevistas com pessoas que já vivenciaram o problema em questão.
(ii) Pesquisa descritiva: objetiva descrever uma população ou fenômeno ou relações entre variáveis. Este tipo de objetivo é caracterizado pela coleta de dados pela aplicação de questionários.
Pesquisa explicativa: objetiva determinar os fatores que determinam a ocorrência de determinado fenômeno, em busca de explicar o porquê dos acontecimentos.

4) Quanto aos métodos. Costa (2010) cita sete métodos de pesquisa utilizados em Engenharia de Produção:
(i) Desenvolvimento teórico-conceitual: o principal escopo deste tipo de abordagem consiste em modelagens conceituais, as quais resultam em novas teorias;
(ii) Estudo de caso: consiste em um estudo de natureza empírica, o qual investiga um determinado fenômeno. É constituído por uma profunda análise de um ou mais casos, para possibilitar um entendimento amplo e detalhado de um problema não suficientemente definido. O estudo de caso pode ser classificado de acordo com o seu conteúdo e objetivo final (exploratórios, explanatórios ou descritivos) ou quantidade de casos envolvidos;
Levantamentos tipo survey: este tipo de pesquisa compreende em uma coleta de dados dentro de uma amostra definida estatisticamente, de forma que a mesma seja representativa de população, acerca de um problema a ser estudado. Têm como objetivos, através de uma análise quantitativa, obter conclusões correspondentes aos dados coletados. Os levantamentos tipo survey podem ser classificados em três tipos: exploratórias, confirmatórias e descritivas;
(iv) Modelagem ou simulação: consiste na utilização de técnicas matemáticas que visam descrever o funcionamento de um sistema ou parte de um sistema produtivo;
(v) Pesquisa-ação: compreende uma pesquisa de base empírica, onde é concebida e realizada com associação de uma ação ou com a resolução de um problema de ordem coletiva na qual os pesquisadores e participantes representativos da situação ou do problema estão envolvidos de modo cooperativo ou participativo;
(vi) Pesquisa bibliográfica ou revisão da literatura: caracteriza-se como uma importante atividade para identificar, conhecer e acompanhar o desenvolvimento da pesquisa em determinada área do conhecimento. Esse tipo de pesquisa pode ser classificado segundo seu propósito (analítica ou de base), abrangência (temporal ou temática), função (histórica ou de atualização) e tipo de análise desenvolvida (bibliográficas ou críticas);
(vii) Pesquisas experimentais: trata-se do estudo da relação causal entre duas ou mais variáveis dentro de um sistema controlado e manipulado pelo pesquisador, com o intuito de se observar as variações que tais manipulações possam produzir sobre o fenômeno em estudo.

Por ser um trabalho que visa a aplicação dos conhecimentos na resolução de um problema de engenharia, este trabalho possui uma natureza aplicada e, por não possuir pretensões de quantificar o sucesso da utilização de uma GE, será considerada uma pesquisa de abordagem qualitativa. Tendo em vista que esta é uma área do conhecimento ainda pouco formalizada, esta pesquisa terá necessariamente um objetivo exploratório. Para atender aos objetivos propostos no capítulo 1, os métodos de pesquisa utilizados serão (ii) Estudo de caso exploratório com apresentação de 1 caso e (vi) Pesquisa Bibliográfica.

3.2 ATORES DA PESQUISA E COLETA DE DADOS

O estudo de caso se deu numa empresa de bens de consumo duráveis, localizada no Estado de São Paulo. O cenário virtual projetado foi avaliado pelo pessoal de diferentes níveis hierárquicos da empresa parceira, incluindo a cúpula administrativa e principais diretorias. Contribuíram para a pesquisa também membros do grupo SimuCAD/PSPLab, desde a graduação até professores coordenadores. A coleta de dados se deu através de observação, com criação de relatórios ao longo do projeto e registro fotográfico e em vídeo das atividades da empresa parceira.

3.3 CARACTERIZAÇÃO DA EMPRESA

Desde 2009 o método de utilização de GEs para aplicações profissionais vem sendo desenvolvido, aprimorado e incorporado pelo grupo SimuCAD/PSPLab em variados projetos, notadamente de situações produtivas e de visualização arquitetônica. O Quadro 3.1 apresenta resumidamente as principais oportunidades de utilização da tecnologia.

Projeto
Descrição
Objetivos principais
Ano
I
Visualização arquitetônica e estudo de layout do PSPLab
Análise de alternativas de layout com reaproveitamento do mobiliário das antigas instalações
2009
*II
Projeto de nova unidade fabril para produção de ventiladores, exaustores, espremedores e bebedouros
Estudo do processo produtivo, do layout e logística interna
2009
III
Projeto das estações de trabalho do laboratório de informática de uma refinaria
Estudo do layout dos postos de trabalho
2010
IV
Projeto de laboratório de testes para corpos de prova de uma refinaria
Estudo do layout da sala e dos movimentadores de corpos de prova
2010
*V
Reprojeto de unidade industrial para
produção de esquadrias metálicas
Estudo do layout e logística interna
2011
VI
Validação em 3D do projeto arquitetônico de um novo laboratório na UFSCar
Verificação de erros e inconsistências da planta baixa
2011
VII
Visualização arquitetônica das instalações de um novo instituto de engenharia de inovação
Projeto detalhado dos espaços e apresentação 3D interativa do projeto final
2012
*VIII
Reprojeto de unidade industrial para
produção de filmes flexíveis
Estudo do layout e logística interna
2012
Quadro 3.1- Pesquisas desenvolvidas com auxílio da GE CryEngine pelo grupo SimuCAD/PSPLab.

Dado o escopo desta monografia, os casos de aplicação considerados mais relevantes para apresentação e discussão são o 2º, o 5º e o 8º projetos (indicados com asterisco), todos relacionados com o desenvolvimento de um novo plant layout.

3.4 ESTUDO DE CASO

O projeto foi desenvolvido em parceria com uma companhia brasileira fundada em 1970, no Estado de São Paulo, atuante na produção de ventiladores, espremedores, exaustores e bebedouros para o mercado nacional. Na época do início do estudo, em 2010, a empresa contava com 1.000 funcionários distribuídos em quatro plantas industriais que totalizavam 25.000 m², e produzia um mix de produtos de cerca de 2 milhões de unidades por ano. O mercado brasileiro de aparelhos eletrodomésticos apresentava significante taxa de crescimento e, neste cenário, a companhia verificava um aumento de 40% em sua demanda em relação ao ano anterior - um crescimento expressivo que demonstrava uma necessidade de expansão do espaço físico da fábrica e melhor planejamento do processo produtivo, de estocagem e de distribuição.
Outra característica importante da empresa era seu alto grau de integração vertical, com processamentos internos desde processos da indústria pesada, como fundição, usinagem e estampagem até processos muito mais leves, como a montagem de componentes elétricos. Esta diversidade de processos de manufatura fez com que o design das instalações físicas fosse ainda mais crítico e complexo.
Inserido num ambiente de rápida mudança de mercado, o processo de projeto das instalações foi desenvolvido para gerar contribuições rapidamente, de maneira que as mudanças de layout fossem rápidas o suficiente para contemplar o aumento da demanda.
Neste contexto, foi então desenvolvido o estudo de caso apresentado nesta monografia, a qual consiste na aplicação pela primeira vez da tecnologia de GE com dados reais a um projeto de fábrica, uma oportunidade considerada de grande relevância para a avaliação do uso desta tecnologia.
Ao longo deste projeto foi requerida a aplicação de diversos conhecimentos do curso de Engenharia de Produção, em sua maioria conceitos das disciplinas de Projeto de Unidades Produtivas. O projeto foi coordenado pelos professores do grupo Miguel Antônio Bueno da Costa e Daniel Braatz, e consistiu de sete etapas principais, referentes à Metodologia SimuCAD/PSPLab.

3.4.1 - Estudo do mix de produtos e tecnologias de fabricação

Esta primeira etapa envolveu principalmente a compreensão dos macro processos das quatro unidades de transformação da empresa com a coleta de grande quantidade de informações. Durante as quatro primeiras semanas do projeto, foram realizadas diversas visitas à empresa para se conhecer o mix de produtos, os processos produtivos, seus fluxos, tecnologias de fabricação e os volumes de produção por tipo de produto. Nestas semanas iniciais, houve diálogo intensivo com os diretores, engenheiros e demais responsáveis pela visão e estratégias de longo prazo da organização, para que se compreendessem as reais necessidades e objetivos do projeto de expansão.
Após os macro objetivos do projeto terem sido compreendidos, focou-se na compreensão mais profunda dos processos produtivos e suas tecnologias de fabricação. Foram documentados dados de todos os centros de produção, incluindo informações sobre o setor, os produtos que passavam por cada máquina, o tipo de operação que realizavam, particularidades e pequenas variações de processo entre produtos similares, quantos funcionários eram necessários para cada operação, os insumos que participavam em cada estágio do processo, além da documentação de cada centro de produção com fotos e vídeos. Na Figura 3.1 segue um exemplo de ficha utilizada nesta etapa.

Figura 3.1- Ficha da atividade e operação de um centro de produção.

Nesta etapa notou-se, também, a necessidade da coleta de informações dos tempos de produção para que fosse possível realizar a simulação dos processos produtivos da empresa e estimar a quantidade de recursos necessários para os volumes de produção almejados – para facilitar cálculos e projeções de expansão ao longo dos anos, fixaram-se neste primeiro momento os níveis de produtividade das tecnologias de produção já adquiridas pela empresa.
Antes de se realizar a coleta dos tempos, porém, decidiu-se agregar os produtos em 35 famílias, o que só foi possível devido à grande similaridade dos processos de fabricação de diversos produtos (foram ignorados aspectos como a cor final das pás dos ventiladores, pois, apesar de gerarem diferentes produtos, com diferentes Seus, não havia impacto nos tempos de produção).
Para a coleta dos dados foram cronometrados os tempos de cada tarefa. A Figura 3.2 ilustra um exemplo dos tempos de produção coletados em cada fase do processo produtivo, por produto.

Figura 3.2- Exemplo de cronometria de um produto completo.

Após a coleta dos dados e agregação por famílias, gerou-se um fluxograma de processo para cada família. Neste fluxograma, foram levados em consideração o setor da fábrica responsável pelas transformações (indicado por diferentes cores) e os tempos de cada etapa (indicados em branco ao lado de cada etapa). Foi também utilizada a Simbologia ASME, em que são representados círculos para as operações em que há alguma forma de transformação e triângulos invertidos para identificar a peça ou parte da peça gerada após cada etapa, ou conjunto de etapas.

3.4.2- Dimensionamento dos fatores de produção

Nesta etapa foram realizados cálculos com planilha eletrônica para se estimar as quantidades de equipamentos industriais e os níveis de mão de obra necessários para cada setor. Foram relacionados inicialmente todos os tipos de equipamentos da fábrica em 2009 e suas quantidades; em seguida, com base nos tempos e fluxos de produção foi possível verificar quais equipamentos eram gargalo em cada setor e converter esta informação no indicador Fator de Balanceamento (um índice de taxa de ocupação de cada máquina em relação às outras, assim, um índice obtido de 100% revela que esta máquina está na sua ocupação máxima e, portanto, é um gargalo). Foram levantados também dados referentes à disponibilidade de horas mensais de cada máquina, pois havia variação em função do número de turnos de pessoal. A Figura 3.3 apresenta um excerto do modelo de planilha utilizado com alguns dados.


Figura 3.3- Planilha de listagem de CPs e dimensionamento dos fatores de produção.

3.4.3- Elaboração dos templates dos centros de produção

Nesta etapa foram registradas informações sobre os centros de produção com base no conceito de template. Para cada máquina foram coletadas informações sobre suas dimensões máximas, o posicionamento mais comum do operador (círculo verde), as principais áreas de operação (em amarelo), as áreas de manutenção (em verde), as áreas de transporte (em laranja), os pontos de entrada de matéria prima (MP), de saída de produto acabado (PA) e de abastecimento com água, gás, eletricidade, lubricante e outros insumos. Na Figura 3.4 seguem dois exemplos de representações de um mesmo equipamento elaborados durante o projeto, o primeiro em 2D e o segundo em 3D.


Figura 3.4- Equipamento representado em 2D e 3D.

A partir do desenho em software CAD dos centros de produção, foram obtidas suas áreas e estas foram então inseridas também na planilha de dimensionamento dos fatores de produção, como visto na Figura 3.5. A partir destes dados foram então calculadas as áreas necessárias para o block-layout de cada setor.


Figura 3.5- Dimensionamento dos CPs e estimativa de área do block-layout.

3.4.4- Construção de um novo layout

De posse das informações nas etapas anteriores, com conhecimento sobre os processos de produção da fábrica e com as estimativas de área necessárias para a expansão projetada, pôde-se iniciar o projeto do novo layout. Iniciou-se pela elaboração da Carta de Relações Preferenciais (Figura 3.6), técnica de arranjo físico que indica quais setores devem ou não estar próximos entre si, servindo para análise inclusive das relações entre áreas administrativas, almoxarifados, recepção e os setores produtivos propriamente ditos. Para a elaboração deste documento houve reuniões e discussões junto com alguns diretores e engenheiros da fábrica, com o objetivo de validar as relações estabelecidas.
Figura 3.6- Carta de relações preferenciais.

Em seguida, foram geradas e discutidas diversas opções de block-layout. Foram consideradas opções com aquisição de um terreno anexo, de um terreno já possuído em outra localidade próxima e uma terceira opção com um terreno idealizado. Na Figura 3.7 é apresentada uma das sugestões utilizando o terreno anexo. Durante a execução desta etapa foi utilizado o software ITFlow, programa que auxilia o processo de tomada de decisão do posicionamento e organização dos block-layouts através da análise dos fluxos de materiais pela fábrica. O software utiliza como base os fluxos de produção entre setores para os diferentes tipos de produtos para traçar linhas entre setores com largura proporcional aos volumes de produção em cada trecho (um auxílio visual para o projetista).


Figura 3.7- Uma das opções de block-layout desenvolvidas considerando o terreno anexo.

Após diversas reuniões para se definir a melhor estratégia para a empresa considerando fatores como custo dos terrenos, distância entre as partes do processo (que seriam realizadas em plantas separadas ou não), custos logísticos e entre outros, a direção da empresa optou pela construção de uma proposta de layout detalhado em um terreno idealizado com formato retangular.

3.4.5 – Layout detalhado

Mais uma série de propostas de block-layout para este cenário foram elaboradas e discutidas. Após esta etapa de blocos, foi proposto um layout detalhado da fábrica utilizando os templates 2D dos centros de produção (Figura 3.8), sendo definidas e detalhadas também as áreas administrativas, banheiros, estacionamentos, refeitório, logística de movimentação interna, áreas de estoque e expedição, outras áreas obrigatórias com metragens definidas por lei, além de estratégias de expansão para a construção dos galpões; tudo para que o projeto desta unidade produtiva estivesse completo e funcional.

Figura 3.8- Planta final projetada em 2D no AutoCAD.

3.4.6 – Implementação da tecnologia de Game Engine para layout detalhado
Após a definição do layout final da fábrica, iniciou-se a utilização da GE Cryengine 2, cujo processo de implementação é apresentado na Figura 3.9 e explicado posteriormente em maiores detalhes.

Figura 3.9- Processo de projeto de unidade produtiva utilizando uma Game Engine.
A configuração do hardware utilizado durante o projeto foi:
- Notebook: ASUS Lamborghini;
- Processador: Intel Core i7 (2,66 GHz);
- Memória RAM: 6 Gb (DDR3 1333 MHz);
- GPU: NVidia GeForce 460M (192 bits 1,5 Gb DDR5 1250 MHz).

Como explicado anteriormente, deve-se aguardar a proposta de layout detalhado na etapa 1 para se evitar retrabalhos. Caso alguns setores estejam já definidos, estes setores da fábrica podem começar a ser elaborados na GE.
Na etapa 2, que pode ocorrer paralelamente à etapa 1, são finalizadas a modelagem 3D de todas as máquinas, equipamentos e instalações da unidade produtiva, incluindo suportes, mesas, transportadores - e desejavelmente também os produtos intermediários encontrados em cada setor, o que fornece um maior realismo à representação virtual dos processos realizados em cada área. Após a modelagem, segue-se a texturização destes modelos 3D, o que consiste na seleção de texturas 2D que se assemelham à textura real do objeto. Uma boa texturização garante alto nível de realismo com baixo custo computacional, pois a boa seleção das texturas compensa grandes quantidades de polígonos para representar detalhes. Com a modelagem e texturização prontas, realiza-se então a exportação de cada componente unitário do cenário, tal exportação em geral requer um plugin oferecido pela fabricante da game engine que deve ser instalado no software CAD utilizado. Para a Cryengine, existem plugins de exportação para os softwares 3D Studio Max, Maya e XSI Softimage. A Figura 3.10 ilustra um equipamento em 4 estágios, desde a modelagem do template 2D, 3D, texturização em 3D Studio Max e, finalmente, sua importação na Cryengine.

Figura 3.10- Representações gráficas de um robô de solda ao longo do projeto.
A etapa 3 consiste de uma série de configurações na GE escolhida para o projeto. Recomenda-se que a sequência de passos indicados na Figura 3.9 seja respeitada para evitar eventuais retrabalhos e, por isso, recomenda-se iniciar com a inserção da planta baixa elaborada em AutoCAD no terreno plano do novo cenário. Na Cryengine, esta função de inserção de uma imagem de referência chama-se Decal (decalque), e pode ser visualizada na Figura 3.11, na qual já estão posicionados alguns elementos das instalações prediais da nova fábrica sobre a imagem.


Figura 3.11- Decal da unidade industrial com prédios posicionados.

Para se obter um cenário com objetos nas proporções reais, deve-se realizar uma medida no AutoCAD de dois pontos com a máxima distância possível (extremos da fábrica) e em seguida criar um sólido de referência na engine com as mesmas dimensões aferidas – o sólido será utilizado de maneira semelhante a uma régua. Tendo como referência este sólido, insere-se a imagem do decal e aumenta-se a sua escala até que os dois pontos de referência coincidam com os extremos do sólido.
Tomando como base o decal no cenário, pode-se iniciar a adequação do terreno com as ferramentas de edição oferecidas pela GE, criando assim os desníveis verificados no terreno real ou projetado (no caso de se reproduzir uma localidade real, faz-se necessário obter as medidas de variação de profundidade previamente).
Com a imagem de referência e terreno configurados, pode-se iniciar o posicionamento manual dos modelos 3D pelo ambiente virtual da fábrica sobre os respectivos templates 2D. Apesar deste posicionamento manual não ser o ideal, pode-se considerar sua precisão como aceitável na situação atual da pesquisa, variando de poucos centímetros em relação à posição exata no AutoCAD. Estima-se um erro de até 10 cm, dependendo da resolução do decal utilizado como referência, o que pode ser considerado crítico para projetos com alto nível de detalhe.
Durante a composição do cenário não se deve esquecer que algumas GEs costumam oferecer bibliotecas de objetos prontos de alto desempenho e alta qualidade gráfica, os quais podem ser aproveitados em casos de aplicações não comerciais (nos casos comerciais deve-se verificar a necessidade de aquisição de licenças e pagamento de direitos à empresa produtora). Entre os objetos disponibilizados na Cryengine úteis para PUP encontram-se barris, pallets, empilhadeiras, carrinhos, mesas, cadeiras, lâmpadas, extintores, portas, portões, grades e outros objetos que não precisam ser novamente modelados e poupam tempo ao desenvolvedor (Figura 3.12).


Figura 3.12- Bibliotecas de objetos para criação de ambiente virtual.

Em seguida, recomenda-se configurar a iluminação do cenário, primeiramente a iluminação global (direção do sol e sua movimentação) e depois a iluminação interna (no caso de ambientes fechados, inserir pontos de luz para aumentar a claridade interna caso se julgue necessário). Nesta etapa é possível configurar a movimentação do sol com bastante proximidade ao traçado real da localidade estudada, o que permite verificar com muita antecedência as sombras que serão projetadas pela/na fábrica e se realizar alguns estudos prévios de iluminação. O middleware utilizado pela Cryengine para esta função pode ser visualizado na Figura 3.13.


Figura 3.13- Ferramenta de iluminação para setup preciso dos parâmetros do sol.

O próximo passo é a seleção na biblioteca da GE dos personagens para popular e humanizar o ambiente virtual da fábrica. A Cryengine 2 oferece majoritariamente personagens caricatos e de ficção científica, porém, foi possível escolher alguns personagens com aspecto físico e roupagem adequados ao ambiente industrial. Os personagens selecionados para um setor podem ser visualizados na Figura 3.14. O posicionamento destes personagens oferece o benefício não só de aumentar o realismo do cenário virtual, mas, principalmente, auxilia os envolvidos no projeto a compreender as dimensões dos elementos da fábrica comparando-as com as dimensões humanas.


Figura 3.14- Setor com equipamentos, instalações e personagens posicionados.
Este momento de posicionamento dos personagens é oportuno para se configurar também algumas rotinas de inteligência artificial (IA). Alguns exemplos de possibilidades que acabaram não sendo utilizadas neste projeto seriam o setup de animações realistas do cotidiano da fábrica, como rotinas de apertar botões e a configuração da circulação por caminhos comuns pré-definidos - como é natural das atividades produtivas.
Outro setup é o do áudio, funcionalidade responsável por grande parte da sensação de imersão no cenário devido à sensação proporcionada de sincronicidade com os eventos visualizados que ocorrem ao longo do tempo no ambiente virtual. Neste quesito, podem-se configurar efeitos sonoros pontuais (som dos passos do avatar controlado pelo usuário, abertura/fechamento de portas, etc.), efeitos sonoros contínuos (máquinas e equipamentos com sons característicos constantes), música ambiente (para criação de uma experiência imersiva agradável e contextualizada, capaz de criar maior empatia do usuário com o ambiente) e efeitos especiais (relacionados à interface gráfica de usuário e menus). Todos estes sons são posicionados tridimensionalmente no espaço e, caso haja um dispositivo de áudio surround disponível, há um aumento considerável na imersão. Neste projeto foram utilizados sons para a caminhonete que servia de deslocamento, para a área de expedição com caminhões, algumas máquinas possuíam sons localizados e o avatar (personagem virtual) emitia sons característicos para seus passos e pulos.
Outro elemento importante para o realismo do cenário é a adição de elementos naturais como árvores, arbustos e gramíneas. Na Cryengine há disponível uma grande quantidade destas vegetações, o que favoreceu o realismo visual da área externa da fábrica, incluindo um terreno de cerca de 250 m² para área de descanso. Para auxiliar na recriação de um terreno realístico, junto com o posicionamento da vegetação foram feitas pequenas variações na coloração do solo próximo às arvores. Esta área da fábrica com maior densidade de vegetação e variações do terreno pode ser vista na Figura 3.15.

Figura 3.15- Área externa utilizando bibliotecas de vegetação e pintura do terreno.

Continuando o processo na GE, é importante também configurar o avatar principal que será controlado pelo usuário, os principais parâmetros são a altura do ponto de vista, a largura e comprimento do personagem (o que determina se este irá ou não passar por portas estreitas), o modelo 3D que será representado e a sua velocidade de deslocamento (que deve ser maior para ambientes externos e menor para os ambientes internos, o que aumenta o realismo da navegação). A variação destes parâmetros deve ser feita alterando diretamente o código da Cryengine, na Figura 3.16 apresenta-se o diretório, o arquivo e o onde devem ser feitos os ajustes.

Figura 3.16- Setup dos parâmetros do avatar na Cryengine.

Acerca das interatividades para este primeiro projeto de layout industrial, pode-se considerar que foi utilizado pouco do que o software é capaz de oferecer. Neste layout, para se criar interação foi aproveitada apenas a caminhonete do jogo, utilizada para o usuário se deslocar mais rapidamente entre pontos do cenário, e a animação do portão de entrada da fábrica no momento em que o personagem se aproxima do mesmo.
Feitas as correções finais do layout pela equipe do grupo SimuCAD/PSPLab na GE, o projeto 3D interativo ficou pronto para ser apresentado à direção da empresa.
Na etapa 4, seguiu-se uma reunião com a direção da empresa parceira. Estavam presentes na sala o presidente, um sócio diretor, um diretor industrial, um diretor de produção, um gerente de produção e, do grupo SimuCAD/PSPLab, um projetista-coordenador do projeto e um projetista-manipulador do software. Nesta reunião, foi apresentada pela primeira vez a tecnologia a terceiros; os dispositivos de interação utilizados foram mouse, teclado e principalmente um joystick sem fio da marca Microsoft Xbox, suportado pela Cryengine, visualizado na Figura 3.17.


Figura 3.17- Controle de Xbox utilizado para controlar o avatar pelo cenário.
Fonte – Site da empresa fabricante, Microsoft.

Esta interação e comunicação entre projetistas e os principais tomadores de decisão da empresa se deu durante um período de cerca de 2 horas e contou com a participação ativa de todos os interessados. Ao longo desta reunião foram realizadas as últimas alterações (de rotação e translação de máquinas e equipamentos) no layout detalhado na GE e coletadas sugestões para última análise dos projetistas após a reunião. Foram discutidas questões sobre inúmeros aspectos da fábrica idealizada utilizando a GE, como: o plano de expansão, a distância entre os prédios, o espaço alocado para estoque de matéria-prima e produto acabado (área, volume e quantidade de porta pallets), as distâncias entre as máquinas mais críticas (que exigem maior espaço para funcionamento), áreas reservadas para estoque intermediário, o tamanho das salas administrativas, a circulação dos funcionários pela fábrica, as distâncias até os banheiros, tamanho e disposição interna do refeitório, área alocada de estacionamento, a logística interna de caminhões e o desnível projetado para embarque e desembarque de cargas, utilizações futuras da área verde, entre outros.
Como se pode perceber, as discussões foram de diversas naturezas, e discutidas sempre com um alto nível detalhe, pois o modelo 3D interativo utilizado contemplava a representação de todo o arranjo físico projetado em alto realismo visual e com facilidade de exploração de elementos específicos do design. Uma imagem aérea do projeto final utilizado como objeto intermediário para exploração e discussão pode ser visualizada na Figura 3.18.


Figura 3.18- Layout final construído na Game Engine.

Em dado momento da reunião houve inclusive um momento que merece destaque no estudo de caso, no qual o sócio diretor, ao compreender o funcionamento do software e a maneira de se deslocar pelo cenário virtual da fábrica, pediu para tomar o joystick em suas mãos e se encarregou de movimentar o avatar até pontos específicos do cenário para discutir questões específicas levantadas por ele – uma atitude que demonstra inicialmente uma boa aceitação da ferramenta e uma rápida curva de aprendizado para manipulação do software de realidade virtual, algo não era esperado ou planejado pelos projetistas para esta primeira reunião.
Tais alterações no ambiente 3D interativo foram então registradas e posteriormente repassadas para o layout final (oficial) em AutoCAD, o que definiu então o final do projeto de expansão da unidade produtiva em questão.

3.4.7- Resultados

Os resultados finais advindos da utilização da tecnologia de Game Engine foram considerados pelo grupo de projetistas como muito satisfatórios, e em alguns aspectos inclusive superou as expectativas iniciais. A partir do estudo de caso do primeiro projeto utilizando esta tecnologia para uma aplicação inovadora, puderam ser identificados alguns benefícios como:

Agilidade para composição do cenário final a partir da definição do layout detalhado e das modelagens 3D realizadas pelo grupo;
Possibilidade de utilização da vasta biblioteca de texturas, objetos e vegetações oferecidas pelo software para compor um cenário industrial realístico;
Agilidade para a realização de alterações no projeto detalhado;
Estabilidade do software no que diz respeito ao tamanho do cenário virtual, sendo que a contagem final de objetos renderizados simultaneamente foi de 3320 (considerando máquinas, personagens animados e veículos);
Boa aceitação do cenário virtual interativo como objeto intermediário para discussões de projeto de layout industrial;


4 – CONCLUSÕES E POSSIBILIDADES FUTURAS

Algumas conclusões podem ser tiradas deste trabalho de graduação acerca do uso das tecnologias de jogos digitais para aplicações profissionais de engenharia, em especial para a projetação de situações produtivas. Tais conclusões podem ser agrupadas em três grandes tópicos: primeiramente devem-se esclarecer quais os principais benefícios que estas tecnologias proporcionam às mais variadas dimensões de projeto; quais as problemáticas derivadas da adaptação de uma tecnologia desenvolvida para um propósito em outra área do conhecimento (Projeto de Unidades Produtivas); e por fim, apresentar quais as possibilidades futuras vislumbradas de uso das tecnologias de GEs para esta área do conhecimento.

4.1 BENEFÍCIOS

A primeira e, talvez, mais clara vantagem é a possibilidade da visualização em alto nível de detalhe e realismo de uma realidade futura, cercada de riscos e incertezas. Neste contexto, permitir aos projetistas apresentar suas ideias com menor grau de abstração (1) facilita a comunicação dos mesmos e (2) facilita a compreensão dos variados stakeholders acerca das variadas dimensões do projeto, o que, por sua vez, (3) facilita a geração de feedbacks e (4) potencializa a incorporação de percepções individuais. A troca de informações, quando facilitada entre os diversos interessados, proporciona que uma (5) maior quantidade de conhecimento seja agregada ao projeto, o que se traduz na (6) tomada de decisão com maior quantidade de informações e na (7) redução de riscos de erros e custos com correção de falhas. Todos estes benefícios originados da melhoria de comunicação proporcionam, de maneira generalizada, um (8) impacto positivo no desempenho global da unidade produtiva e do negócio.
Além do realismo visual, Braatz et al. (2011) destacam também a significativa maior liberdade de interação com o ambiente quando comparado com outras mídias comumente utilizadas na apresentação de projetos, como os softwares de renderização realística 3ds Max, Maya, Blender e Cinema4D. Em contraste com o resultado final proporcionado por estes softwares geradores de vídeos fotorealísticos estáticos - por natureza bidimensionais -, as interações proporcionadas pelas GEs são dinâmicas e ocorrem em um ambiente tridimensional, o qual permite (1) explorar o cenário futuro sob o ponto de vista humano (utilizando-se de um avatar que simula com realismo o homem) e com o auxílio de veículos (empilhadeiras e carros); (2) atuar diretamente sobre o posicionamento, o tamanho e a quantidade dos elementos; (3) revisar e aprimorar o objeto de estudo a cada interação utilizando o software, sem a necessidade da etapa demorada de renderização e produção de um filme, pois a renderização é feita em tempo real;
Outro fator que realça as contribuições do uso da tecnologia de GE é a simplicidade dos requisitos necessários para a criação de interatividades em relação ao grau de interatividade que esta proporciona, favorecendo a construção de lógicas avançadas de programação diretamente pela interface simples e intuitiva do software. Além disso, a GE conta também com suporte às linguagens XML, C++ e C# para a criação de eventos e interações não previstas nas bibliotecas de programação visual.

4.2 PROBLEMÁTICAS

A experiência de interação utilizando avatares (em primeira ou terceira pessoa), bem como a correlação da proveniência das GEs da indústria de games, podem gerar inseguranças, desconfortos e incorrer em prejulgamentos negativos sobre a validade deste tipo ferramenta para o uso em aplicações profissionais de engenharia. Para mitigar estes sentimentos, recomenda-se a utilização de técnicas que permitam ao usuário verificar e validar os aspectos do projeto que lhe causem inseguranças. Um receio recorrente diz respeito às dimensões dos objetos e às distâncias representadas; neste quesito, uma técnica bastante útil é o posicionamento da planta 2D original do projeto (elaborada em software CAD) no nível do piso do projeto em 3D, o que permite aos profissionais envolvidos realizar analisarem a ferramenta por si sós, tirar as próprias conclusões e compreender a validade e precisão do software.
Devido à vasta gama de funcionalidades oferecidas pelas GEs mais sofisticadas, pode ser necessário um tempo de treinamento elevado até que se possa usufruir plenamente dos benefícios que a ferramenta pode proporcionar em sua totalidade. Para esta problemática recomenda-se que novos interessados no software sejam treinados por outros profissionais com experiência, o que pode abreviar substancialmente o tempo de aprendizado. Para auxiliar os interessados, há comunidades de desenvolvedores na internet que auxiliam o aprendiz, para a CryEngine, a comunidade mais recomendada e a Crydev (www.crydev.net), com documentação completa da GE.
A criação de atmosferas e cenários realísticos não depende apenas de um bom know-how da utilização do software, mas principalmente de uma biblioteca de objetos, vegetações, texturas e animações de alta qualidade, pois cada elemento do cenário contribui individualmente para a qualidade do resultado final. Assim, recomenda-se a utilização, quando possível, dos objetos já modelados e texturizados existentes nas bibliotecas da GE.
Por fim, uma última problemática do uso da tecnologia de GEs relaciona-se à necessidade de alto poder computacional para a manipulação de grandes projetos ou para aumentar as configurações do nível de realismo visual dos cenários. A instalação de uma placa de vídeo dedicada com configuração de hardware acima dos requisitos mínimos indicados pelos distribuidores da ferramenta é fundamental para a boa utilização das GEs mais modernas, pois estas evoluem de acordo com o hardware disponível em seu tempo.

4.3 POSSIBILIDADES FUTURAS

No estudo de caso apresentado neste trabalho, foram empregadas plenamente apenas poucas das funcionalidades oferecidas pelo software 3D interativo (notadamente apenas os middlewares de modelagem, texturização e renderização). Apesar de este ser o primeiro estudo para a aplicação em um layout industrial, há ainda inúmeras novas possibilidades de utilização dos middlewares de animação, inteligência artificial, simulação de física, áudio, vídeo, programação de eventos, interface com usuário, dispositivos de interação e de redes.
Além da boa utilização das funcionalidades disponibilizadas, pode-se ainda desenvolver soluções próprias específicas sobre a plataforma das GEs, o que tornaria estes robustos softwares de realidade virtual ferramentas especializadas e com capacidades únicas - não encontradas atualmente no mercado. Algumas possibilidades são discorridas a seguir.
Tomando como base as premissas de que (i) o conceito de centro de produção (CP) é fundamental para o estudo de plantas industriais, (ii) que a coleta de informações sobre os CPs se dá nas semanas iniciais de projeto e que (iii) estas mesmas informações devem ser retomadas na fase final de projeto detalhado, um desenvolvimento possivelmente útil seria o desenvolvimento de uma interface para o cadastramento das informações de cada CP diretamente no seu template 3D na GE. Assim, sempre que necessário, as informações daquele CP estariam disponíveis aos interessados em discutir o setor em maior nível de detalhe e profundidade - uma forma de melhorar o registro das informações da fábrica, de maneira bem contextualizada.
Ainda sobre a representação dos CPs em ambiente de realidade virtual, a necessidade de se visualizar claramente quais as interações existentes e necessárias entre homens, materiais e equipamentos indica o valor da representação completa e individualizada dos CPs em 2D e 3D na GE, possivelmente apresentando-se as utilidades em ícones 3D e as suas áreas do equipamento em um decal individualizado sob o mesmo. Isto permitira ao projetista projetar o layout detalhado movimentando os equipamentos com menor abstração e maior quantidade de informações. A Figura 4.1 ilustra uma sugestão de utilização do CP completo e interativo, ainda sem a função de cadastramento das informações da unidade de transformação.


Figura 4.1- CP 2D e 3D agrupados em um modelo individualizado e interativo.

Os inputs dos envolvidos no dia a dia da unidade produtiva são essenciais para que o projetista atenda as necessidades reais de cada indivíduo que trabalha na fábrica. Por isso, facilitar que os interessados exponham suas percepções durante a experiência de navegação pela fábrica virtual futura através de uma interface amigável e objetiva permitiria acrescentar comentários sobre pontos, regiões ou elementos específicos do projeto. Uma vez que estas informações estejam adicionadas ao modelo, estas poderão ser acessadas posteriormente pelos projetistas responsáveis por criar novas e melhores soluções.
Outra possibilidade de especialização das GEs para o fim de PUP seria a representação dos fluxos de materiais e pessoas pelas dependências dos setores - uma implementação relativamente simples e que ainda não foi realizada. Imaginando-se uma possibilidade mais sofisticada, há a possibilidade da integração de tecnologias de auxílio ao projeto, como por exemplo, a integração com o software ITFlow (TORRES, 2007).
Outra implementação mais complexa diz respeito à possibilidade de integração da plataforma de games com programas de simulação de sistemas (Arena, AutoMOD, ProModel e NLogic). Os benefícios desta união são bastante evidentes, e seriam capazes de, inclusive, gerar um novo produto com alto valor no mercado de ferramentas de simulação computacional.
A integração das GEs com hardwares e softwares especializados em realidade aumentada também oferecem possibilidades interessantes. A utilização de um óculos de realidade virtual (Figura 4.2 a.) junto com um sistema de captura de movimentos proporcionaria a visualização do ponto de vista de um avatar em primeira pessoa com controle total e fiel dos movimentos realizados pelo personagem no mundo virtual - uma experiência altamente imersiva com inúmeras aplicações voltadas para a vivência virtual de alto impacto. Este tipo de aplicação utilizando GEs já vem sendo estudada por alguns desenvolvedores independentes, tendo sido obtidos resultados bastante relevantes e que desafiam as fronteiras tecnológicas atuais oferecidas por grandes empresas com engines desenvolvidas desde a base. A Figura 4.2 apresenta alguns resultados obtidos pela empresa YEI, que utiliza sensores óticos para captura de movimento, óculos de RV e a Unreal Engine (UDK). O valor deste tipo de integração de tecnologias para o Projeto de Situações Produtivas e para a Análise Ergonômica da Atividade seria muito acentuado.

a. b.
Figura 4.2- Controle de personagem virtual em tempo-real com (a.) óculos de RV e (b.) captura de movimentos.
Fonte – Site da empresa YEI, seção "Real-time Mocap and VR in UDK" (www.tech.yostengineering.com).

Apesar de não ser um objetivo de discussão deste trabalho, e de difícil comprovação, outro benefício sondado pelo autor quando da utilização de GEs em aplicações profissionais e que pode ser potencializado através de estudos futuros é o aumento dos níveis de imersão e engajamento durante o contato com o objeto virtual manipulável em relação às técnicas tradicionais de apresentação com fotos e vídeos. Os indícios teóricos de tal benefício se dão numa recente área do conhecimento denominada de Gamificação, a qual, segundo Kosmadoudi et al. (2012), se utiliza de elementos, mecânicas e técnicas presentes nos jogos para estimular os usuários a se engajar com comportamentos desejados em processos do cotidiano, para aumentar a concentração em determinadas atividades e para auxiliar na resolução de problemas - devido à predisposição psicológica humana de se engajar em jogos. A ponte inicial entre o uso de GEs para aplicações profissionais de engenharia e a Gamificação acredita-se que esteja em 1 dos 15 componentes que esta considera relevantes para a criação de engajamento, e que no caso deste estudo de caso, teria sido o uso de avatares. Embora os benefícios do aumento do engajamento dos envolvidos em situações de projeto sejam de grande valor para o resultado final, este estudo se estende muito além da mera utilização de avatares, devendo ser explorada em outros trabalhos futuros mais aprofundados no tema.





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