Realidade Virtual não-imersiva como tecnologia de apoio no desenvolvimento de protótipos para reconstituição de ambientes históricos para auxilio ao ensino

Realidade Virtual não-imersiva como tecnologia de apoio no desenvolvimento de protótipos para reconstituição de ambientes históricos para auxilio ao ensino Rodrigo Vasconcelos Arruda1, Wender A. Silva2, Edgard A. Lamounier3, Marcos W. Ribeiro1, Alexandre Cardoso3, Nadabe Fortes2 1-Instituto Luterano de Ensino Superior de Itumbiara, 2-Faculdade Atual da Amazônia, 3-Universidade Federal de Uberlândia 1- [email protected], [email protected], 2- [email protected], [email protected], 3 – [email protected], [email protected]

Abstract This article presents the development of a prototype of software using techniques of Virtual Reality not immersive, with the case study the historic center of the city of Itumbiara - Goiás. The goal is to rebuild virtually the Cathedral Santa Rita de Cássia and the Republic Square in the beginning of its foundation, exposing the motivations and tools used, with the aim to rebuild a historic environment, which is no longer exists. Thus it is expected to contribute and provide an environment geared to the teaching of history and especially for the rescue of the historical and cultural city.

Resumo Este artigo apresenta o desenvolvimento de um protótipo de software utilizando técnicas de Realidade Virtual não imersiva, tendo como estudo de caso o centro histórico da cidade de Itumbiara – Goiás. O objetivo é reconstituir tridimensionalmente a Catedral Santa Rita de Cássia e a Praça da República nos primórdios de sua fundação, expondo as motivações e ferramentas utilizadas, tendo como intuito a reconstituição de um ambiente histórico, que já não existe mais. Deste modo espera-se contribuir e constituir com um ambiente voltado para o ensino de História e principalmente para o resgate histórico-cultural da cidade.

1. Introdução No mundo contemporâneo, onde a tecnologia se encontra em basicamente todos os setores da sociedade, vê-se a necessidade de impulsionar sua utilização como apoio aos métodos tradicionais de ensino de modo atrativo e eficiente. Nesse contexto, o uso da computação como ferramenta de apoio à educação tem se tornado cada vez mais indispensável para a melhoria da qualidade e dinamismo do processo de ensino. Dentre as mais variadas técnicas computacionais e suas diversas possibilidades de aplicação, podemos destacar a

Realidade Virtual (RV), uma área que vem cada vez mais conquistando espaço e adeptos. Alguns são os fatores que tornam a RV uma técnica viável e interessante de se utilizar no ensino e no resgate histórico-cultural, dentre as quais destacamos: pelos métodos tradicionais de ensino, o leitor tem uma limitação visual dos objetos em estudo por meio de imagens bidimensionais e textos, enquanto utilizando-se de ambientes tridimensionais o usuário tem a possibilidade de ter múltiplas visões dos objetos que o compõe, permitindo-lhe uma análise mais detalhada e melhor compreensão, além de poder interagir com esse mundo. Além disso, pesquisadores apontam como principais vantagens na utilização de técnicas de RV para fins educativos a motivação, poderio de ilustração de características e processos, permite a visualização de detalhes de objetos ou de objetos que estão a grandes distâncias, como um planeta ou satélite ou ainda, como é o caso deste trabalho, a visualização de ambientes que só existem nos anais da história, permite experimentos virtuais, exige que cada participante se torne ativo dentro de um processo de visualização, encoraja a criatividade, provê igual oportunidade de comunicação para estudantes de culturas diferentes, ensina habilidades computacionais e de domínio de periféricos [1]. O presente artigo tem como objetivo a apresentação de um protótipo de software desenvolvido com técnicas de RV que possa auxiliar professores e alunos no processo de abstração dos conteúdos de história, onde basicamente será reconstituído um ambiente regional, o qual muitas pessoas desconhecem, pois não está nos livros de História tradicionais usados nas escolas.

1.1. Realidade Virtual Realidade virtual é uma interface avançada para aplicações computacionais, que permite ao usuário navegar e interagir, em tempo real, com um ambiente tridimensional gerado por computador, usando dispositivos multisensoriais [2]. A Realidade Virtual pode ser classificada, em função do senso de presença de usuário, em imersiva e não imersiva.

A Realidade Virtual é imersiva, quando o usuário é transportado predominantemente para o domínio da aplicação, por meio de dispositivos multisensoriais, que capturam seus movimentos e comportamento e reagem a eles (capacete, caverna e seus dispositivos, por exemplo), provocando uma sensação de presença dentro do mundo virtual [3]. A Realidade Virtual é categorizada como não imersiva, quando o usuário é transportado parcialmente ao mundo virtual, por meio de uma janela (monitor ou projeção, por exemplo), mas continua a sentir-se predominantemente no mundo real [3].

2. Trabalhos Relacionados Diversos são os trabalhos existentes que ressaltam a importância da Realidade Virtual nas mais variadas áreas do conhecimento, das quais cita-se o ensino de redes de computadores [4], utilização da Realidade Aumentada em museus para visualização e compreensão de coleções artísticas, técnicas ou biológicas [5], o ensino da fotossíntese usando da Realidade Aumentada [6], o uso da RV no ensino de Matemática fundamental [7], um jogo RPG feito em Realidade Virtual abordando conteúdos multidisciplinares [8], a RV na reconstrução de ambientes históricos [9], dentre outros. Em todos os sistemas avaliados, conclui-se que a Realidade Virtual é uma ferramenta de grande importância para o auxílio na educação e principalmente na reconstituição ou visualização de ambientes complexos, abstratos ou que não existem mais, atuando em diversas áreas do saber, motivando e tornando o aluno mais ativo nas aulas, proporcionando uma melhor absorção do conteúdo ministrado. Neste sentido é ideal também para demonstrar a História de um determinado lugar ou construção.

3. O Ambiente Histórico O ambiente histórico escolhido para a realização deste trabalho é o centro histórico da cidade de Itumbiara nos primórdios de sua fundação, motivado por fatores como: pouco conhecimento dos cidadãos itumbiarenses com relação à sua história, enorme riqueza cultural da cidade pouco explorada, falta de uma ferramenta que possibilite alcançar um maior número de pessoas. O uso da Realidade Virtual na realização deste trabalho visa estimular e motivar o usuário a conhecer toda essa riqueza histórica e cultural descrita em poucos livros.

3.1. Breve História de Itumbiara Itumbiara é um município brasileiro localizado no sul do estado de Goiás, na divisa com o estado de Minas Gerais. Sua população estimada pelo IBGE em 2005 era de 86.496 habitantes. Seus principais pontos turísticos são o Rio Paranaíba, a Represa de Furnas e a Avenida Beira Rio. Práticas náuticas são comuns na cidade devido ao Rio Paranaíba. Itumbiara fica a uma distância de 206 quilômetros de Goiânia e a 400 de Brasília.

A História de Itumbiara é contada [10] que, por volta de 1824 o Deputado Imperial Marechal Cunha Matos fez votar uma lei autorizando a abertura de uma estrada variante partindo do povoado de Uberaba, antiga Farinha Podre dirigindo-se à Goiás, atravessando o Rio Paranaíba onde se construiu um porto de passagem em balsa. Junto a esse porto formou-se um povoado, nomeado Porto de Santa Rita. Por decreto do Governo Provincial, em 02 de agosto de 1842, foi criado o Distrito e Freguesia de Santa Rita do Paranaíba pertencente ao município de Morrinhos. Foi elevado a Município em 16 de julho de 1909 e instalado em 12 de outubro de 1909. Por lei Estadual em 27 de julho de 1915, Santa Rita foi elevada a Categoria de Cidade e à Comarca em 31 de julho de 1918 [10]. Por intermédio de um concurso, o Município de Santa Rita do Paranaíba passou a denominar-se Itumbiara que, em Tupi-Guarani significa “Caminho da Cachoeira” [10].

3.2. A praça da matriz Conta-se [10] que o primeiro Jardim Público de Itumbiara foi construído entre os anos de 1.934 e 1.935 por decreto do prefeito municipal Cel. Sidney Pereira de Almeida. O projeto deste jardim foi executado pelo Engenheiro Dr. Eduardo Figueiredo Mendes, e foi entregue ao público com grande festa em 23 de julho de 1.935. Neste projeto constava a construção dos canteiros, calçamentos e um coreto que ficava de frente à Catedral.

3.3. Catedral Santa Rita de Cássia Conta-se ainda [10] que a Igreja Santa Rita de Cássia fora elevada a Paróquia em 02 de agosto de 1.842, pelo Bispo de Goiás Dom Prudêncio, sendo que o primeiro batizado foi realizado pelo padre goiano Felip Fleury em 1.868, que na ocasião batizou a filha de uma escrava de Manoel Teixeira de Queiróz. Dentre os principais nomes religiosos da cidade podemos destacar o Padre Florentino Bermejo, que administrou a Paróquia Santa Rita de Cássia de junho de 1.917 à 20 de dezembro de 1.965, ano de seu falecimento. Segundo fontes da Casa da Cultura de Itumbiara, em seu projeto original a Catedral Santa Rita de Cássia ficava de frente para o Rio Paranaíba, dando boas vindas aos visitantes que chegavam. Posteriormente foi alterada ficando de frente para a cidade.

3. Métodos Aplicados Inicialmente foi realizado um estudo das características arquitetônicas do ambiente em questão, por meio do material disponibilizado na Casa da Cultura de Itumbiara que conta em seu acervo com fotografias e objetos originais da época, obras de arte como quadros e uma maquete, trabalhos produzidos por artistas plásticos da cidade que vivenciaram a época. Posteriormente foi realizada a modelagem dos objetos e a implementação do protótipo, que são tratados a seguir.

3.1. Modelagem

3.1.2. Coreto

A modelagem foi feita utilizando-se o 3ds Max [11]. A escolha desta ferramenta deve-se a ela ser uma das mais utilizadas na área de computação gráfica atualmente, graças à sua diversidade de funcionalidades técnicas bem como apoio didático de fácil acesso e que oferece uma grande gama de recursos, facilitando o processo de modelagem. Outro fator importante para a escolha do 3ds Max é que ele permite importar e exportar objetos para os principais formatos tridimensionais existentes. A modelagem foi dividida em 3 fases: modelagem da Catedral, a modelagem do Coreto e a modelagem dos demais objetos que formam a praça (banco, canteiros, etc).

O coreto era uma construção comum naquela época, em praças e jardins das cidades, onde geralmente havia apresentações de bandas marciais, discursos políticos, ou simplesmente um ponto de encontro da população. Na Praça da Matriz situava-se à frente da Catedral Santa Rita de Cássia, que trazia uma elegância a mais para a Praça. Possuía uma geometria em forma de hexágono e era composto por entradas de ambos os lados, uma escada que dava acesso ao andar superior onde havia bancos, a partir do qual a população tinha uma vista privilegiada do centro da cidade. A figura 3 é uma representação em maquete do cenário da Praça, confeccionada por um artista plástico da cidade.

3.1.1. Catedral Santa Rita de Cássia A catedral Santa Rita de Cássia era uma construção bela e imponente que orgulhava a população itumbiarense. Segundo conta-se, em seu primeiro projeto a Igreja era voltada de frente para o Rio Paranaíba, onde hoje se encontra a fonte luminosa na Praça da República e dava boas vindas aos visitantes que chegavam do estado de Minas Gerais. A figura 1 é uma foto original da época e demonstra toda essa beleza.

Figura 3. Maquete da Praça. (Disponível para visitação na Casa da Cultura de Itumbiara).

A figura 4 mostra a imagem do objeto tridimensional, modelado no 3ds Max, que representa o Coreto. Figura 1. Foto da antiga Catedral Santa Rita de Cássia.

De seu projeto original, praticamente nada sobrou da Catedral. Hoje Itumbiara conta com uma igreja moderna, mas não menos imponente e bela que sua antecessora. A representação tridimensional da Catedral é mostrada pela figura 2 a seguir.

Figura 4. Representação tridimensional do Coreto.

3.2. Implementação

Figura 2. Representação tridimensional da Catedral Santa Rita de Cássia.

Na implementação de um sistema em RV faz-se necessário a integração entre várias ferramentas de modelagem, linguagens e bibliotecas quando é o caso.

Feito a modelagem dos objetos utilizando o 3ds Max, estes foram exportados para a linguagem VRML (Virtual Reality Modeling Language), que é uma linguagem de programação destinada a criação de ambientes virtuais 3D. Arquivos que simulam ambientes tridimensionais em VRML são, na verdade, uma descrição textual na forma de textos ASCII, que são interpretados por um plug-in VRML e visualizados diretamente no navegador de internet [1]. O fato de o código VRML ser interpretado por um plugin, merecendo destaque o Cortona e o Cosmo Player, lhe traz vantagens em relação a outras linguagens e bibliotecas, como o código funcionar independente de plataforma e navegador utilizado, dependendo apenas da instalação do plug-in adequado e a facilidade de sua disponibilização na Internet, pois gera códigos muitos pequenos. Uma maior complexidade na interação do usuário com os objetos foi obtida por meio do uso do Javascript juntamente com o VRML.

4. Funcionamento do Sistema O protótipo é visualizado por meio do browser de Internet. A página inicial possui algumas instruções sobre como utilizar o protótipo e principalmente sobre a instalação do Cortona para as pessoas que forem o utilizar pela primeira vez, disponibilizando inclusive um link onde pode baixá-lo já que, assim como o VRML, o Cortona é disponibilizado gratuitamente no site do fabricante. O conteúdo da página conta a história da cidade de Itumbiara, no estado de Goiás, desde a época de sua fundação até os tempos atuais, bem como a sua importância no cenário goiano. Dentro do ambiente virtual tridimensional, o usuário pode navegar livremente pelo cenário, utilizando simplesmente as setas do teclado (⇐,⇑, ⇓, ⇒). No interior da Catedral ele tem a possibilidade visualizar os detalhes arquitetônicos da época, as imagens sacras, o altar entre outros. Da mesma forma, o lado exterior consta com uma bela paisagem que era a praça, com seus jardins e canteiros. Dentro do coreto, no andar superior, o ponto de vista do usuário fica ainda mais belo, vendo todos os cantos da praça com uma visão mais elevada. A figura 5 demonstra o diagrama de caso de uso do sistema com as principais ações do usuário.

5. Análise dos Resultados O protótipo foi apresentado a uma amostra de 15 usuários, composta por funcionários da Casa da Cultura de Itumbiara e também por alguns visitantes que estavam presentes no local. A maior parte destes usuários declararam ter um conhecimento básico de informática e que realizavam apenas tarefas simples no computador como navegar na Internet, bate papo com amigos e trabalhar com editores de texto e cálculos. A grande maioria também afirmou não conhecer as origens da cidade de Itumbiara e o quanto a Catedral Santa Rita de Cássia significava um marco na sua fundação. Estes usuários passaram previamente por um rápido treinamento sobre as funções do protótipo, bem como a finalidade e os objetivos que o mesmo pretende alcançar, que é o resgate de parte da história e da cultura de Itumbiara. Foram-lhes apresentados alguns materiais como fotos, quadros e maquetes para que pudessem ter um senso crítico maior quanto a real necessidade e contribuição do protótipo de software. De forma geral, pode-se perceber que as pessoas sentiamse entusiasmadas com a possibilidade de passear pelo ambiente virtual conhecendo os detalhes arquitetônicos da Catedral, em suas características originais e também do Coreto, pois não sabiam que, o que hoje é uma fonte luminosa na Praça da República, era uma bela construção e ponto de encontros na cidade. Após a utilização do protótipo, solicitou-se aos usuários que respondessem um questionário, elaborado com base em preceitos da Isonorm NBR 9241-11 que define a usabilidade e explica como identificar a informação necessária a ser considerada na especificação ou avaliação de usabilidade de um computador em termos de medidas de desempenho e satisfação do usuário. Com base nos dados coletados, foi possível chegar as seguintes conclusões.

5.1. Quanto a interface do protótipo De modo geral, todos os usuários que experimentaram o protótipo disseram que o mesmo possui uma Interface Gráfica agradável, que motiva-os e torna o conhecimento do conteúdo mais atraente. Como pode-se ver na tabela 1, a Interface Gráfica foi avaliada como agradável por todos os usuários, sendo que 40% a avaliaram como boa e 60% a avaliaram como ótima. Isso pode ser explicado em parte pela simplicidade que o protótipo propõe, mas também por ser uma inovação tecnológica do ponto de vista de conhecido histórico e cultural. Tabela 1. Opinião dos usuários quanto a Interface Gráfica. Classificação Ótimo Bom Regular

Figura 5. Diagrama de caso de uso

Baixa Péssimo Total

Pontos 9 6 -

Percentual 60% 40% -

-

-

15

100%

A tabela 1 é representada no gráfico abaixo. Quanto a Interface Gráfica 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

Classificação

Ótimo

Bom

Regular

Baixa

Tabela 3. Opinião dos usuários quanto aos comandos do protótipo

Péssimo

Figura 6. Gráfico de análise quanto a Interface Gráfica

5.2. Quanto a navegação do protótipo Outro ponto avaliado a favor do protótipo foi o quesito de navegação. Apesar de praticamente todos os usuários que o experimentaram terem declarado que tinham tido apenas contatos básicos com o computador, estes não apresentaram grandes dificuldades para navegar pelo ambiente virtual, limitando-se as dificuldades de coordenação motora ao operar o mouse. Tabela 2. Opinião dos usuários quanto a navegação do protótipo Classificação Ótimo Bom Regular Baixa Péssimo

Pontos 2 10 3 -

Percentual 13% 67% 20% -

15

100%

Total

Podemos melhor analisar os dados visualizando a figura 7, que é um gráfico representando a avaliação dos usuários. Quanto a navegação no protótipo 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

Isso pode ser justificado devido ao foto de estes comandos serem pré-definidos pelo Cortona, plug-in que interpreta o código VRML, e que foi a escolha para utilização na apresentação. Nessa análise pode-se perceber que os comandos de navegação do Cortona são simples para as pessoas que já tem afinidade com a Realidade Virtual, mas não para usuários em geral, pois não possuem características tão intuitivas quanto o esperado. Na tabela 3, podemos perceber que a maioria dos usuários (47%) definiram os comandos com regular.

Classificação Ótimo Bom Regular Baixa Péssimo

Pontos 6 7 2 -

Percentual 40% 47% 13% -

15

100%

Total

A tabela 3 é expressa na figura 8 abaixo. Quanto aos comandos 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

Classificação

Ótimo

Bom

Regular

Baixa

Péssimo

Figura 8. Gráfico de análise quanto aos comandos

Logo, chega-se a necessidade de uma implementação própria dos comandos, a fim de torná-los mais intuitivos, uma vez que se fossem acessar o software em suas casas pela Internet por exemplo, teriam grandes dificuldades e não teriam o suporte oferecido no momento da avaliação.

5.4. Quanto a facilidade de utilizar o protótipo Classificação

Ótimo

Bom

Regular

Baixa

Péssimo

Figura 7. Gráfico de análise quanto a Navegação

5.3. Quanto aos comandos do protótipo Em relação aos comandos de navegação do protótipo, é um ponto que merece mais atenção, uma vez que foi o que possui a pior avaliação dos usuários.

De modo geral, apesar de algumas limitações encontradas pelos usuários, a grande maioria (60%) avaliou como boa e outros 27% avaliaram como ótima a facilidade de utilizar o protótipo. Parte dos usuários (13%) avaliou a facilidade de navegação como regular, fazendo algumas observações e sugerindo algumas soluções para que se chegue ao produto ideal.

Tabela 4. Opinião dos usuários quanto a facilidade de uso Classificação Ótimo Bom Regular Baixa Péssimo

Pontos 4 9 2 -

Percentual 27% 60% 13% -

15

100%

Total

O gráfico abaixo é uma representação gráfica da tabela 4. Quanto a facilidade 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

6. Conclusões As pesquisas demonstraram que existe uma gama enorme de

aplicações de Realidade Virtual voltadas para a educação, mas pouco se encontrou sobre trabalhos que tratam estritamente do ensino e resgate histórico e cultural de cidades. Demonstrou também que a RV pode facilitar consideravelmente o processo de abstração do conteúdo pelos alunos de aplicação pelo professor, tornando-o mais atrativo e eficiente. É importante frisar ainda que o trabalho em questão será disponibilizado à população e às escolas públicas da cidade, resgatando assim, parte da história de Itumbiara.

6.1. Trabalhos futuros Classificação

Ótimo

Bom

Regular

Baixa

Péssimo

Figura 9. Gráfico de análise quanto a facilidade

5.5. Quanto a finalidade do protótipo Por fim, pode-se tirar de conclusão que os usuários de forma geral avaliaram o protótipo como uma boa iniciativa e que atende à sua finalidade, que é trazer o conhecimento e conseqüentemente o resgate histórico da cidade. A avaliação dos usuários quanto a finalidade é apresentada abaixo. Tabela 5. Opinião dos usuários quanto a finalidade do protótipo Classificação Ótimo Bom Regular Baixa Péssimo

Pontos 6 9 -

Percentual 40% 60% -

15

100%

Total

Quanto a finalidade 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

Classificação

Ótimo

Bom

Regular

Baixa

Péssimo

Figura 10. Gráfico de análise quanto a finalidade do protótipo

Existem alguns pontos considerados essenciais, que devem ser tratados na continuação deste trabalho. Um ponto crucial é criar um sistema com arquitetura distribuída, que permita ao usuário interagir não somente com o ambiente virtual, mas também com os outros usuários que estejam on-line. Deve-se também, aumentar a interatividade do usuário com os objetos do ambiente como por exemplo possibilitá-lo mover objetos como bancos de um lugar para outro, pois nesta fase de protótipo, as interações estão limitadas ao caminhar pelo ambiente e a abertura de portas e janelas.

7. Referências Bibliográficas [1] A. Cardoso, et. al, Tecnologias para o desenvolvimento de sistemas de realidade virtual e aumentada, Ed. Universitária da UFPE, Recife, 2007. [2] C. Kirner, R. A. Siscoutto, “Fundamentos de Realidade Virtual e Aumentada”, Realidade Virtual e Aumentada: Conceitos, Projeto e Aplicações, pp. 9-21, maio 2007. [3] R. Tori, C. Kirner, “Fundamentos de Realidade Virtual”, Fundamentos e tecnologia de Realidade Virtual e Aumentada, pp. 9-28, maio 2006. [4] E. B. Hassan, “Laboratórios Virtuais 3D para Ensino de Redes de Computadores”, XIV Simpósio Brasileiro de Informática na Educação, novembro 2003. [5] I. F. Braga, “Realidade Aumentada em Museus: As Batalhas do Museu Nacional de Belas Artes”, fevereiro 2007. [6] M. W. Ribeiro, W. A. Silva, “O ensino do fotossíntese usando Realidade Aumentada”, IX Symposium on Virtual and Augmented Reality, maio 2007. [7] A. S. F. Sampaio, et. al, “Associando Realidade Virtual ao Ensino de Matemática fundamental”, IX Symposium on Virtual and Augmented Reality, maio 2007. [8] M. A. Tobaldini, M. Martinelli, J. D. Brancher, “Arquiteturas Históricas no Ambiente de um Jogo de RPG Educacional Computadorizado”, novembro 2006. [9] A. Gonçalves, “Reconstrução de Ambientes Históricos Utilizando VRML: o caso do Fórum Flaviano de Conimbriga”, maio 2004. [10] S. P. Almeida, Itumbiara: um século e meio de história, Itumbiara, 1997. [11] A. B. Tavares, D. Lacerda, 3ds Max 8: guia autorizado Autodesk, Ed. Campus, 2ª Reimpressão, Rio de Janeiro, 2006.