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Texto da tese - Alexandre Cardoso, Dr.

1.
2. AT eo Ra 25 LABORAT RIOS VIRTUAIS BASEADOS EM JAVA 21 27 VIRTUAL LABORATORY JOHNS HOPKINS 27 PHYSICS APPLETS UNIVERSIDADE DE 29 LABVIRT LABORAT RIO VIRTUAL DE F SICA DA 08 32 LABORAT RIOS VIRTUAIS E SISTEMAS DE EVI EM 35 ALICE as Sean ADE SN 35 SCIENCESPACE USANDO RV PARACONCEITOS 8 42 ATSWORLDS USANDO PARA MODELAGEM DE OBJETOS 47 AVIT AMBIENTE VIRTUAL 48 30 ENSINO DA GEOMETRIA 50 LABORAT RIO VIRTUAL PARA EXPERI NCIAS DE 53 PHYSICSWEB LABORAT RIO VIRTUAL DE 55 VRML GALLERY OF ELECTROMAGNETISM 56 WEBTOP SISTEMA DE EXPERIMENTOS DE PTICA GEOM TRICA NA 57 AN LISE 62 ANALISE DO SISTEMA 65 8 65 RESTRI ES oro
3. 145 7 3 1 EXTENS ES DA ARQUITETURA DO SISTEMA 145 7 3 2 EXTENS ES DE IMPLEMENTA O EE 146 ANEXO 147 ANEXO 1 cs 148 LISTA DE REFER NCIAS so dessa de 152 Lista de Figuras Fig 3 1 Visualiza o de um Ciclone com uso de VRML 21 Fig 3 2 Applet de Simula o de Circuitos 1960105 28 Fig 3 3 Resultado do Circuito L gico Simulado Entradas x 28 Fig 3 4 P gina de Escolha do Experimento Physics 30 Fig 3 5 Simula o de Cinem tica Physics 1 31 3 0 Resultado da Simula o o unir usar ae a a O 31 Fig 3 7 Applet de Simula o da Segunda Lei de Newton 33 Fig 3 8 Resultado da Aplica o de For a de 30N Massa 34 Fig 3 9 Alterando a For a Nova Simula o e Novos Resultados do Applet 34 Fig 3 10 Tela Inicial do software Alice SL dan 37 Fig 3 11 Script para Demonstra o da Segunda Lei de 39 Fig 3 12 Definindo Elementos para Simula o de 40 Fig 3 13
4. Virtual Reality at GMU Homepage University of Houston S tio com a documenta o e implementa es de experimentos dispon veis em VRML Dispon vel em lt http www virtual gmu edu vrhome htm gt Acesso em 10 de jul 1999 S tio dispon vel desde 1997 PYTHON S tio relativo linguagem Phyton Dispon vel em lt http www python org gt Acesso em nov 2000 RAPOSO MAGALH ES L L M I Intera o na WEB In JAI JORNADA DE ATUALIZA O INFORM TICA JAT99 do XIX CONGRESSO DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE COMPUTA O SBC 99 Rio de Janeiro RJ 1999 Documento dispon vel em lt http www dca fee unicamp br alberto pubs JAI99 curso jai99 html gt Acesso em 20 ago 1999 RAPOSO A Intera o na WEB Tend ncias In SEMIN RIO INTERNO DE T PICOS DE ENGENHARIA DE COMPUTA O DA UNICAMP Campinas S P 1999 REDDY M LECLERC IVERSON L e BLETTER N Terra Vision Visualizing Massive Terrain Databases in VRML IEEE Computer Graphics and Applications v 19 n 2 Mar Apr 1999 RITHCEY T Programando com Java Beta 2 0 1 Edi o Editora Campus Rio de Janeiro 1997 425 ROBLES T et al Using Multimedia Communication Technologies in Distance Learning In ACM PROCEDINGS OF THE CONFERENCE INTEGRATING TECHNOLOGY INTOCOMPUTER SCIENCE EDUCATION ITiCSE 97 USA 1997 p 06 07 161 RUDOMIN I Arquitectura para realidad virtual distribu da
5. 68 Fig 4 2 Altera es no Ciclo de Vida de Desenvolvimento 69 Fig 4 3 Vis o Geral dos Componentes do Software 73 Fig 4 4 Componentes da Biblioteca de 15 Fig 4 5 Casos de uso do software LVF para autor rea 78 Fig 4 6 Casos de Uso para o Experimentador 81 Fig 4 7 Casos de Uso para o Desenvolvedor Sm setessea lets 83 Fig 4 6 Arquitetura B sica do 1 84 Fig 4 7 Arquitetura do Subsistema de Cria o de 87 Fig 4 8 Arquitetura do Subsistema de Atualiza o de 89 Fig 4 9 Interface Inicial do Prot tipo do 93 Fig 4 10 Esquema B sico da Interface o 94 Fig 4 11 Esquema B sico da Interface para o 95 Fig 4 12 Esquema da Interface para o Desenvolvedor e 97 Fig 5 1 Objetos relativos a classe Fundo de Cena 103 vii Fig 5 2 Resultado da Implementa o dos Objetos Relativos Pano de Fundo 104 Fig 5 3 Defini o de um Objeto 1 105 Fi SA Objeto Cadeia iss gas dd Ea EEEE R R Se 105 Fig 5 5 Rela o de Objetos de Experim
6. Sbc eba ea ema RAIAS RS aaa a 66 METODOLOGIA DE 67 VIS O CERAT DO STEMA VAO EE EEE CERA 73 REQUISITOS IDENTIFICA O DE CASOS DE USO 815 77 41 6 ARQUITETURA B SICA arestas antas nda 84 4 1 7 MODELO DE OBJETOS DO 90 4 2 INTERFACES DOSISTEMA sssrcssscissessososscsscsossosrssossessosssesisorossess 91 4 2 1 INTERFACE DE CRIA O 93 422 INTERFACE DE 95 4 2 3 INTERFACE 96 5 DETALHES DE IMPLEMENTA O cereceeeeeererereeeeeererererereecererererereneecerereserecenenenv 98 5 12 JAVA 100 5 1 3 JAVASCRIPT 101 5 2 CONCEP O DE OBJETOS SUAS PROPRIEDADES 102 5 2 1 OBJETOS DE ADORNO FUNDOS DE 8 103 522 OBJETOS DE ADORNO M VEIS E 8 104 5 2 3 OBJETOS DE EXPERIMENTOS 106 524 OBJETOS DE EXPERIMENTOS 109 5 2 5 OBJETO
7. KOZMA EDS LEARNING THE SCIENCES OF THE 21 CENTURY RESEARCH DESIGN AND IMPLEMENTING ADVANCED TECHNOLOGY LEARNING ENVIRONMENTS Hillsdale NJ Lawrence Erlbaum 155 Documento dispon vel na Web em lt http virtual gmu edu SS research rpapers jacobpdf htm gt Acesso em Nov 2000 DIONE DIONE S RESEARCH S tio com textos e pesquisas relativas a aplica o de RV na Educa o e links para outras publica es Dispon vel em lt http express sbs ohio state edu WEBCOURSE ACKER C659S96 ACKDOCS EDUCSP96 EDUCDOCS MU RPHY DIONESTF HTM gt Acesso em 10 de nov 2000 DOBSON W D RIESBECK Tools for Incremental Development of Educational Interfaces In ACM Computer Human Interaction 9 USA 1998 p 384 391 EAST CAROLINA UNIVERSITY Virtual Reality And Education Laboratory Greenville North Carolina USA Cont m diversas pesquisas sobre aplica es de RV na Educa o Dispon vel em lt http eastnet educ ecu edu vr gt Acesso em 20 jan 2000 ELLIS A GIBBS 5 J REIN Groupware Some Issues and Experiences Communications of the ACM v 1 n 34 p 38 58 Jan 1991 ELLIS R 5 What are Virtual Environments IEEE Computer Graphics and Applications p 17 22 Jan 1994 ENCARNA O J GOBEL M European Activities in Virtual Reality IEEE Computer Graphics and Applications p 73 Jan 1994 FELDER R M SILVERMAN L K Learning and Teaching Styles in Engineering Education Jo
8. Sua Spec 210 05 A O bum O Eus O ur Fig 3 12 Definindo Elementos para Simula o de Movimentos 41 A Figura 3 13 mostra se o momento do impacto colis o entre os elementos e finalmente a Figura 3 14 mostra a situa o final dos elementos da cena ap s o movimento do soldado e do scooter A simula o corresponde execu o do Script apresentado na Figura 3 11 atrav s do acionamento do comando Perform Script que se encontra na pasta Script da GUI Fig 3 13 Instante da Aplica o da for a no Objeto Scooter joj Fig 3 14 Resultado da movimenta o do Scooter A experi ncia permite constatar a A necessidade de aprendizado de uma linguagem espec fica concebida para definir os movimentos dos objetos na cena que essencial para a execu o do script 42 b A dificuldade em definir comportamentos f sicos espec ficos usando a ferramenta uma vez que vari veis como acelera o for a massa n o se encontram dispon veis c Durante o desenvolvimento o usu rio precisa tomar muito cuidado com posi o de elementos uma vez que as defini es das mesmas s o dadas pela posi es da c mara e podem gerar confus o ou uma m defini o no caso do exemplo se objeto 1 soldado n o estiver alinhado com o objeto dois scooter n o haver a colis o e n o ser i
9. 139 Fig 6 14 Experimento de Imers o de Espira em Campo Magn tico 140 Fig 6 15 Experimento de Lan amento de uma part cula em Campo El trico 140 Lista de Tabelas Tabela 2 1 Compara o entre Ensino Presencial e a Tabela 3 1 Compara o entre os Sistemas Tabela 6 1 Objetos de Experimento da Simula o rr 1 IX Lista de Abreviaturas Ambiente Virtual CSCW Computer Supported Cooperative Work EAD Educa o a Dist ncia EAI External Authoring Interface EVI Educa o Virtual Interativa Head Mounted Display HTML Hyper Text Markup Language JVM Java Virtual Machine LVF Laborat rio Virtual de F sica MEC Minist rio da Educa o e Cultura PSPICE Simulations Program with Integrated Circuit Emphasis RV Realidade Virtual VRML Virtual Reality Modeling Language xi Lista de Publica es Relacionadas a este Trabalho BORGES E CARDOSO A LAMOUNIER E O Uso de Realidade Virtual na Visualiza o e Corte de Poliedros In 4 SYMPOSIUM ON VIRTUAL REALITY SVR 2001 Resumos Florian polis SC Oct 2001 280 290 CARDOSO A LAMOUNIER E TORI R Sistema de Cria o de Experi ncias de F sica em Realidade Virtual para Educa o a Dist ncia In II WORKSHOP BRASILEIRO DE REALIDADE VIRTUAL 99 Mar lia
10. gt 090 2 Vots Paw Pagna Pesque Favartos wp iane The forces have tiree amp ifferent values Pury This erperimert is very strught forward Masses EEE 89 Fig 3 7 Applet de Simula o da Segunda Lei de Newton Inicial A Figura 3 8 apresenta o resultado da simula es usando uma For a de 30N e a massa que a menor do conjunto de massas A Figura 3 9 apresenta o que ocorreria com a sele o da For a de 60N e a mesma massa a Pode se observar que o elemento de maior massa realmente ganha menor acelera o varrendo menos espa o As principais limita es deste sistema s o 1 visualiza es bidimensionais n o manuseando modelos tridimensionais que se assemelham a objetos f sicos reais ou seja na simula o tem se uma foto de objeto mas n o o manuseio de um objeto que se assemelha a um objeto de laborat rio Esta limita o comum a representa es bidimensionais ii impossibilidade de autores criarem seus pr prios experimentos modificando a vers o dispon vel de acordo com a necessidade The forces have three Afferent values Kodo 10 Purple 20 Dior 10 Thus experimest ig vary raighe forward Select the Blue Force by clicking ce the lelt most mass of the three masses The forces three different Red 30 Purple 20 Blue 19 This experimara iz
11. o de figuras tridimensionais que tamb m compor o as p ginas possibilitando navega o e visualiza o A metodologia do ensino foi baseada em sistemas do tipo CAI em que o computador usado para controlar e acompanhar a apresenta o de determinada quantidade de informa es ao aluno dispondo de intera o e na qual solicita es do computador s o respondidas pelo aluno e a partir das respostas novas informa es s o fornecidas Para este fim a ferramenta disponibiliza a Tutorial apresenta o do conte do te rico ao aluno como a teoria relativa a poliedros que apresentada na Figura 3 21 Endere o 47 http penta ufrgs br Geo3D menindex html v Pr Links POLIEDROS No exemplo 90 podemos ver d possui 6 faces sendo cada face u poligono de 4 lados Clicando sobre dado podemo uma linha verde que representa um lados do poligono com o n 1 ta um dos lados do poligono n 2 1 Conclu do Intemet Fig 3 21 P gina de Teoria de Poliedros do Programa GEO 3 52 b Exerc cio e Pr tica uma s rie de exerc cios para teste de conhecimentos com respostas e uma breve estat stica como a p gina apresentada na Figura 3 22 em que um exerc cio de poliedros apresentado ao usu rio EXERC CIOS 1 Dentre as figuras do exemplo 8 s o poliedros Verde Fig 3 22 P gina de Exerc cios no GEO3D c Simula o
12. resultados de experimentos 2 3 2 Laborat rios com Conte do Exclusivamente Virtual Um laborat rio com conte do exclusivamente virtual n o disp e dos equipamentos associados ao computador citados no item anterior De fato o s computador es apresenta m programas computacionais capazes de simularem um dado experimento e permitir a coleta de resultados por usu rios da Internet Aqui a principal caracter stica a aus ncia de um laborat rio real onde se realizam experi ncias As simula es modelagens e visualiza es s o de conte do virtual Destacam se como vantagens dos laborat rios com conte do exclusivamente virtual 1 redu o da necessidade de equipamentos para as simula es ii possibilidade de complementar o aprendizado e ser utilizado para experimentar da mesma forma que ocorreria em um laborat rio real iii capacidade de simular experi ncias de grande complexidade iv capacidade de permitir que um experimentador desmonte visualize e associe pe as de dif cil ou imposs vel manuseio pr tico seja por quest es de custo risco ou de ordem pr tica de elabora o v possibilidade de uso em atividades onde o tempo ou o custo de produ o de um experimento tornariam a montagem real da mesma invi vel 22 Utilizando Realidade Virtual a concep o de tais laborat rios pode gerar ambientes virtuais atrativos e com grande similaridade a ambientes relativos queles existentes em laborat rio
13. ainda mais motiva o 47 vi um time de desenvolvimento multidisciplinar engenheiros psic logos cientistas da computa o pedagogos e estudantes prov condi es de melhorias constantes no projeto 3 3 3 ATSWorlds Usando RV para modelagem de objetos 3D ATSWorlds um sistema desenvolvido na Unisinos Universidade do Vale do Rio dos Sinos com a finalidade de criar objetos e mundos 3D modelados atrav s de diferentes opera es de sweep com uso de VRML e Java Silva Os rio 2000 Sweep uma t cnica que permite criar s lidos de revolu o Atrav s de um contorno descrito por linhas em 2D realiza se um deslocamento e medida que este contorno descreve uma trajet ria no espa o 3D s lidos s o gerados de forma a definir um objeto sendo considerada uma maneira natural e intuitiva de constru o O sistema ATSWorlds permite que um usu rio usando um applet Java defina a linha de modelagem e visualize o objeto final em 3D em uma janela dentro da mesma p gina com uso de VRML O applet permite alterar a defini o da linha e coordena a visualiza o de novas formas na janela de apresenta o do objeto gerado por sweep como pode ser visto na Figura 3 19 O sistema trabalha com a hip tese de visualiza o de formas permitindo com utiliza o de p ginas da WEB a verifica o da t cnica de sweep Apresenta como principais vantagens 1 visualiza o de formas 3D geradas dinamicamente com r pida resp
14. dispon vel nos kits de experimentos relativos Cinem tica e Din mica e pode ser usado pelo autor por exemplo para ilustrar uma aula da 2 lei de Newton Uma das caracter sticas deste objeto a capacidade de ativar um menu3D a partir de um clique sobre o mesmo Para implementar tal op o o objeto disp e de opera es que geram mensagens para o objeto Menu3D ativando o e recebendo mensagens do mesmo para atualiza o de atributos Fig 5 9 Carrinho de Laborat rio A Figura 5 10 apresenta o objeto e um menu 3D ativado ao clique do usu rio sobre o objeto Carrol Fig 5 10 Objetos Carrinho e Menu associados 111 5 2 5 Objetos de Interface Objetos de interface widgets s o respons veis pela troca de mensagens entre objetos dos Ambientes Virtuais e usu rio A implementa o de tais objetos devem prover a possibilidade de modifica o da visualiza o objeto de cen rio com quem trocam mensagens Assim um mesmo bot o ou menu que altera o valor da massa de um m vel em experimento de Movimentos Acelerados pode ser usado para mudar uma constante el stica de uma mola ou a dimens o de um objeto que est defronte a um espelho Para estes fins dois tipos diferentes de objetos de interface foram implementados objetos de interface 3D que participam do cen rio virtual permitindo uma intera o direta e objetos de interface 2D que comp em o painel de controle para suportar a intera o indireta O
15. C digo para Atualiza o das Informa es do Cen rio Virtual no applet 123 Fig 3 24 Sistema Massa Mola 124 Fig 5 25 Diagrama de Sequ ncia de uma 125 Fig 5 26 C digo fonte que Atualiza a Deforma o da Mola e a posi o da 126 Fig 6 1 Selecionando o kit de Experimento 130 Fig 6 2 Menu de Sele o do Fundo de dao 131 Fig 6 3 Defini o de Atributos do Carrinho 1 no 132 Fig 6 4 Defini o de Atributos do Carrinho 2 2 132 Fig 6 5 Defini o de um Atuador para os tr s 133 Fig 6 6 Defini o de um Sensor o Carrinho 2 134 Fig 6 7 Cen rio Virtual Painel de Controle e Nome do Arquivo definidos 134 Fig 6 8 Quadro de texto inserido no Cen rio 135 Fig 6 9 Widget 3D para manipula o de par metros a 136 Fig 6 10 P gina Web inicial do experimento da Segunda Lei de Newton 137 Fig 6 11 Cen rio Virtual e Painel atualizados pela movimenta o dos m veis 138 Fig 6 12 Valores indicados nos Sensores de Velocidade Painel de Controle 138 Fig 6 13 Resultado do experimento com altera es no Carrinho 2
16. Experimentos S 2 Fig 4 4 Componentes da Biblioteca de Objetos Objetos de Adorno Menus 3D Sensores Atuadores 70 S o caracter sticas deste subsistema capacidade de acesso a diret rios e arquivos relacionados com os diversos objetos da Biblioteca atrav s de uma rea para visualiza o do diret rio corrente e sele o do arquivo que cont m as informa es relativas defini o dos objetos de adorno objetos de experimento menus3D sensores e atuadores possuir um editor de textos capaz suportar a exibi o dos c digos fonte dos objetos de adorno experimento e menus que usado para entrada do texto relativo a novos objetos e modifica o dos textos relativos a objetos correntes incorporar um analisador sint tico que verifica as modifica es dos c digos partir de comandos dados pelo desenvolvedor sendo capaz de evitar erros de sintaxe que possam inviabilizar a altera o ou inser o de c digo uma interface que suporta o manuseio de arquivos a edi o de c digos e a atua o do analisador atrav s de uma rea para visualiza o dos requisitos de objetos que apresenta dados relativos a estes objetos de forma a evitar defini es incorretas ou duplicadas permitida a altera o de c digos de objetos e a inser o de novos c digos que s o validados pelo subsistema N o havendo erros tais objetos s o inseridos no diret rio correspondente 4 1 4 3 Conjunt
17. Instante da Aplica o da for a no Objeto Scooter 41 Fig 3 14 Resultado da movimenta o do 41 Fig 3 15 AV de um Experimento NewtonWorld 43 Fig 3 16 Simulando colis o no NewtonWorld erre 44 Fig 3 17 Campo El trico de uma Carga Puntiforme MawelWorld 44 Fig 3 18 Mundo Virtual relativa uma 45 Fig 3 19 Exemplo de Gera o de Pol gonos no 48 Fig 3 20 P gina WEB do Programa AVIT P gina 1 50 vi Fig 3 21 P gina de Teoria de Poliedros do Programa 51 Fig 3 22 P gina de Exerc cios GEOSD 52 Fig 3 23 P gina de Jogo Educacional do 52 Fig 3 24 Desenvolvendo Experi ncia 2 54 Fig 3 25 P ndulo sujeito a Campos Magn tico e Gravitacional 56 Fig 3 26 Lei de Coulomb por VRML Gallery of 57 Fig 3 27 P gina T pica do Sistema Web POP 58 Fig 3 28 Simula o da Difra o da Luz Varia o da Largura das Fendas 60 Fig 3 29 Simula o da Difra o da Luz com Uma Fenda e com Dez Fendas 61 Fig 4 1 Processo de Desenvolvimento de Ambientes
18. S o Paulo SP 1999 174 181 CARDOSO A LAMOUNIER E TORI R A Virtual Physics Laboratory to Support Interactive Distance Learning In INTERNATIONAL CONFERENCE ENGINEERING AND COMPUTER EDUCATION ICECE 2000 S o S P ago 2000 1 CDRom CARDOSO A LAMOUNIER E TORI R Realidade Virtual no Ensino de F sica Dist ncia e Presencial In XI SIMP SIO BRASILEIRO DE INFORM TICA NA EDUCA O SBIE 2000 Macei Alagoas nov 2000 476 478 CARDOSO A LAMOUNIER E TORI R Virtual Physics Experiments to Support Interactive Distance Learning In COMPUTER GRAPHICS AND IMAGING CGIM 2001 IASTED International Conference Honolulu Hawaii USA ago 2001 v 01 01 p 07 12 CARDOSO LAMOUNIER TORI R Interactive 3D Physics Experiments Through the Internet In 4 SYMPOSIUM ON VIRTUAL REALITY SVR 2001 Florian polis SC Oct 2001 p 280 290 R CARDOSO LAMOUNIER E Um Algoritmo Gen rico Aplicado ao Controle de Human ides em Ambientes Virtuais Interativos In 4H SYMPOSIUM ON VIRTUAL REALITY SVR 2001 Florian polis SC Oct 2001 p 211 216 xii FARIA L et al A System to Evaluate Wasted Electric Energy Based on Virtual Reality Techniques In COMPUTER GRAPHICS AND IMAGING CGIM 2002 IASTED International Conference Kauai Hawaii USA Ago 2002 FARIA L et al Desenvolvimento de T cnicas de Realidade Virtual para o Ensino Conscientiza o do Consu
19. VRML e artigos indicados para leitura Dispon vel em lt http www compgraf ufu br alexandre alexandre html gt sso em Jan 1998 CARSWELL L Teaching via the Internet The Impact of the Internet as a communication medium on Distance Learning Introductory Computing Students ACM Sigse Bulletin v 29 3 p 1 5 Sep 1997 CHAN M GRIFFITH W S IASI A Java 1001 Dicas De Programa o 1 Edi o Editora Makron Books S o Paulo 1999 CHEN S MYERS R PASSETO R The Out of Box Experience Lessons Learned Creating Compelling VRML 2 0 Content In Proceedings of the Second Symposium on Virtual Reality Modeling Language p 83 92 1997 CNN CNN Site da Internet da corpora o que apresenta informa es e not cias inclusive informa es meteorol gicas Dispon vel em lt http www cnn com gt Acesso em 10 de nov 2000 COAD P YOURDON E Object Oriented Analysis Prentice Hall s 1 1990 COSMOPLAYER CosmoPlayer Site da Internet que disponibiliza o plug in Cosmo para os principais navegadores da Internet mantido pela CosmoSoftware Company Dispon vel em lt http www cosmosoftware com gt Acesso em 15 de jan 2000 COSTA R M Ambientes Virtuais na Reabilita o Cognitiva Rio de Janeiro 2000 134p Tese Doutorado Engenharia de Sistemas e Computa o COPPE UFRJ DEDE et al Using virtual reality technology to convey abstract scientific concepts In M J JACOBSON amp R
20. ginas Web que cont m cen rios virtuais do sistema 114 b HTML e JavaScript para desenvolvimento de p ginas compostas por frames e para defini o de objetos de interface e JavaScript na concep o de objetos do sistema modelagem comportamental al m de alguns objetos de interface para prover ao autor e ao experimentador a sele o do experimento abstraindo o comportamento de escolha de um kit em um laborat rio real 9 HTML VRML e applets Java para prover widgets que suportam a defini o dos objetos e suas rela es pelo autor na defini o de um A V referente a um dado experimento Tais applets interagem com mundos virtuais que est o sendo definidos de forma din mica propiciando a imediata atualiza o do cen rio e do painel de controle permitindo ao autor a modifica o de atributos dos objetos inseridos e o teste das opera es de troca de mensagens entre estes objetos 5 3 2 Subsistema de Cria o de Experimentos O subsistema de cria o de experimentos caracterizado por uma interface de constitu da de um conjunto de p ginas Web que permite ao autor definir um cen rio virtual um painel de controle os atributos dos objetos inseridos e os relacionamento destes atrav s das trocas de mensagens Pelo acesso ao sistema o autor opta por criar um novo experimento e escolhe um subdom nio da F sica Tal escolha define as p ginas Web que ser o apresentadas ao autor de forma a permiti
21. nica para os envolvidos Por outro lado a r pida valoriza o da Internet e de programas computacionais como aliados ao processo educacional esconde uma diversidade de problemas e falsas solu es Visando a an lise de tais problemas e solu es autores como Bork Britton 1998 Arag o et al 2000 e Ma ada Basso 2000 apontam algumas decep es uma vez que grande parte de cursos de EVI n o prov ou prov muito pouca intera o e identificam que h grande risco na avalia o de resultados sobretudo quando a Internet usada como fator principal de ensino Esta cr tica refor a a falsa expectativa de que a simples utiliza o de uma tecnologia a solu o para os problemas apontando que informatizar o material tradicional anteriormente aplicado em educa o presencial sem uma adequada altera o das t cnicas de ensino n o solu o por si s Robles et al 1997 O risco declarado consiste em confundir a entrega de informa o com aprendizado alijando elementos essenciais tais 14 como resolu o de problemas criatividade e imagina o dos instrutores e dos alunos Bork Britton 1998 Assim segundo Bork Britton 1998 e Lawhead 1997 s o desvantagens do uso inadequado dos meios a uma fraca intera o sem a qual qualquer esfor o de aprendizado pode ser perdido Enquanto a linguagem natural presente no ensino face a face envolve s culos de refinamento no sentido de melhoria da com
22. prop e se a a Analisar destacando suas principais vantagens e desvantagens programas e t cnicas computacionais que utilizem Realidade Virtual como ferramenta de ensino e aprendizagem b Especificar a arquitetura de um sistema computacional caracterizado por interfaces amig veis suportado por t cnicas de met foras espaciais Tori 1996 que possibilite a professores n o iniciados em t picos de programa o em Computa o Gr fica ou RV criarem modificarem e utilizarem mundos virtuais interativos como ferramentas para o ensino e aprendizagem de F sica c Implementar prot tipos experimentais que demonstrem a viabilidade da arquitetura proposta com o uso de linguagens e ferramentas de dom nio p blico d Avaliar o sistema desenvolvido prot tipos junto a professores e alunos do ensino m dio de forma a realimentar o processo de an lise e projeto 1 4 Contribui es Este trabalho apresenta como principais contribui es a An lise comparativa de sistemas dispon veis relacionados com laborat rios virtuais educacionais b Defini o da arquitetura identifica o dos passos e an lise de riscos para um sistema inovador de cria o de ambientes virtuais associados a experi ncias interativas relacionadas a um dom nio do conhecimento capaz de ser utilizado por usu rios desprovidos de pr vio conhecimento em Computa o Gr fica e programa o c Desenvolvimento de prot tipos de valida o do e
23. que foi modelada de acordo com a linguagem C e projetada para ser simples Segundo Chan et al 1999 Ritchey 1997 s o principais caracter sticas de Java a Portabilidade O c digo fonte de programas em Java pr compilado em bytecodes que s o instru es semelhantes ao c digo de m quina e n o s o espec ficos para plataformas processadores Assim qualquer m quina que possua o interpretador Java pode executar tal c digo Praticamente todos os navegadores compat veis com a Internet j incorporam as m quinas virtuais Java JVM Java Virtual Machine b Robustez O c digo deve se comportar adequadamente primariamente por portabilidade e secundariamente pelos recursos da linguagem e do ambiente c Seguran a o ambiente Java n o permite a es premeditadas no sentido de executar programas nocivos na m quina cliente Applets Java n o podem executar entradas e sa das em disco e n o enxergam a distribui o de mem ria do computador d Orienta o a objetos permite heran a e reutiliza o de c digo de forma din mica e est tica Para Java uma classe um conjunto de dados e m todos que descrevem um objeto com a qual um dado programa trabalha As classes podem ser constru das de modo hier rquico sendo permitida a cria o de novas classes que podem ser reutilizadas e Dinamismo Java din mica por sua pr pria natureza e permite a extensibilidade durante a execu o Alto desempenho perm
24. Controle e Nome do Arquivo definidos 135 O arquivo relativo a este experimento virtual armazenado no servidor e poder ser carregado para uso por experimentadores atrav s da Internet 6 1 2 Recursos Adicionais montagem do Experimento Com respeito ao prot tipo apresentado algumas op es simples montagem do experimento foram disponibilizadas O autor ao prover a defini o dos componentes do cen rio virtual pode inserr quadros compostos de textos com dicas instru es ou fundamentos te ricos relativos ao experimento definido O sistema formata o texto digitado pelo autor e insere o mesmo no Cen rio Virtual segundo os par metros fornecidos pelo autor Neste estudo de caso o autor optou por inserir um quadro explicativo relativo Segunda Lei de Newton que ativado na carga do experimento e escondido atrav s de um clique sobre o quadro que pode ser visto na Figura 6 8 Experimento relativo a Segunda Lei de Newton Acione o botao Dispara 05 carrinhos se movimentam Fig 6 8 Quadro de texto inserido no Cen rio Virtual No processo de desenvolvimento o autor definiu uma faixa de varia o da massa e da for a aplicada a cada carrinho do experimento Esta op o visa possibilitar ao experimentador modificar os atributos dos componentes do Cen rio Virtual durante a experimenta o 136 Pretende se que o experimentador como faria em um laborat rio possa alterar os seguintes pa
25. LerString texto setText Escolha o Fundo do Cen rio set bind EventInSFBool nav2 getEventIn set bind set bind2 EventInSFBool nav getEventIn set bind set position EventInSFVec3f Vista getEventIn set position addChildren1 EventinMFNode Principal getEventIn addChildren removeChildrenl EventinMFNode Principal getEventIn removeChildren set whichChoice wt EventInSFInt32 warningText getEventIn set whichChoice Fig 5 16 Fragmento de C digo do applet para Captura dos n s VRML 118 As instru es do tipo browser getNode iniciam a troca de informa es entre applete o plug in VRML que deve estar apresentando um arquivo VRML que contenha os n s principais inicialmente sem outros n s agrupados A an lise da figura permite identificar que o prot tipo est relacionado com um arquivo VRML que tem como n s principais os n s Grupo 2 nav Principal warningText e Vista A aus ncia de qualquer um destes n s no arquivo carregado pelo navegador VRML raz o de erro No processo de cria o o autor define os componentes do cen rio virtual e seus atributos Para cada componente definido uma imediata representa o do mesmo provida no cen rio virtual do prot tipo de forma a permitir a visualiza o da adequa o do mesmo aos prop sitos do autor A solu o de prot tipo relativa ao configurador de ambientes virtuais fundamenta se em armazenar as altera es do
26. M Advancing 3D trough VRML on the Web IEEE Computer Graphics and Applications v 19 n 2 p 4 5 Mar Apr 1999 LEE J H PRAKASH A Supporting Multi User Multi Applet Workspaces in CBE Proc 96 v 1 p 344 353 1996 LEWIS C GRIFFIN M Human Factors Consideration in Clinical Applications of Virtual Reality Virtual Reality in Neuro Psycho Physiology Ed Giuseppe Riva IOS Press 1997 LEWIS C et al Adapting User Interface Desing Methods to the Design of Educational Activities ACM CHT 98 Los Angeles CA USA 1998 619 626 LICKLIDER J C R e TAYLOR R W The Computer as Communication Device Sci Tech p 21 31 Apr 1968 MA ADA L D BASSO A V M Mathematikos Educa o e Treinamento Dist ncia In Simp sio Brasileiro de Inform tica na Educa o SBIE 2000 Macei AL nov 2000 p 199 204 MARRIN External Authoring Interface Working Group S tio da Internet sobre interface de Java com VRML via EAI Cont m dicas e instru es sobre a forma de integra o das duas linguagens dicas e notas al m de exemplos Dispon vel em lt http www web3d org WorkingGroups vrml eai gt Acesso em abr 2001 MARTINS V M M KIRNER An lise Projeto e Implementa o de uma Aplica o de Realidade Virtual Cooperativa In WORKSHOP BRASILEIRO DE REALIDADE VIRTUAL WRV 99 Mar lia S o Paulo Brasil 1999 p 43 55 MATSUBA N STEPHEN ROEH
27. Objetos 84 Fluxo de eventos excepcional Se o arquivo ainda contiver erros uma mensagem apresentada e o sistema r o salva o mesmo Fluxo de eventos excepcional Se o nome digitado pelo Desenvolvedor j for utilizado por outro objeto o sistema informa que j existe tal objeto e n o permite que sejam salvas as informa es Neste caso ser necess rio a modifica o do nome de forma a poder ser salvo o arquivo referente ao novo objeto 4 1 6 Arquitetura B sica A Figura 4 6 apresenta a arquitetura b sica do sistema Na sequ ncia s o descritos os diferentes componentes do sistema e as interfaces gr ficas com o s usu rios s que desempenham importante papel na extensibilidade do mesmo Interface Gr fica com o Usu rio GUI Interface para o Interface para Interface para o Experimentador o Autor desenvolvedor l modifica atributos atualiza C digo Conjuntos de Objeto Experimentos lt Consulta Objetos Fig 4 6 Arquitetura B sica do Sistema 4 1 6 1 ativa atualiza Subsistema de Cria o de Experimentos i Consulta Consulta Objetos Objetos Biblioteca de Objetos Interface Gr fica com o Usu rio GUI Subsistema de Atualiza o de Objetos de Experimentos Verifica e Insere c digos de Objetos A Interface Gr fica com o Usu rio GUI representa a interface do meta ambiente e 85 dos ambientes desenvolvidos e deve
28. Sistemas de Realidade Virtual Apostila publicada pelo Departamento de Computa o da Universidade Federal de S o Carlos S o Carlos SP Brasil 1997 KIRNER T MARTINS V A Model of Software Development Process for Virtual Environments Definition and a case Study In 2 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM APPLICATION SPECIFIC SYSTEMS AND SOFTWARE ENGINEERING AND TECHNOLOGY ASSET 98 Richardson USA 1998 KRUEGER M W Artificial Reality II Addison Wesley Reading MA 1991 KUBO M M Suporte de Comunica o para Sistemas Colaborativos Interoper veis de Realidade Virtual S o Carlos S P 2000 192p Disserta o Mestrado Universidade Federal de S o Carlos UFSCar KUBO M M DERRIGI F KIRNER C Intera o nos Ambientes Virtuais Colaborativos de Ensino In 3 WORKSHOP ON VIRTUAL REALITY WRV 2000 Gramado RS Brasil out 2000 p 55 64 LABVIRT LABORAT RIO VIRTUAL DE F SICA S tio de anima es de F sica do Instituto de F sica da Universidade de S o Paulo da USP Dispon vel em lt http www labvirt if usp br gt Acesso em nov 2000 LATTA J N OBERG D J A Conceptual Virtual Reality Model IEEE Computer Graphics and Applications Jan 1994 p 23 28 LAWHEAD B P et al The Web and distance learning what is appropiate and what is not In ACM Procedings of the conference on Integrating Technology into Computer Science Education 97 1997 27 37 158 LAWTON
29. amostragem etc atrav s de campos de texto onde o usu rio insere as informa es solicitadas d definir as rela es entre objetos que est o no ambiente virtual Por exemplo caso o usu rio insira um bot o de controle 3D definir a que elementos tal bot o est associado e atualizar as informa es dadas pelo criador de experimento num buffer que conter o arquivo com todas as informa es do cen rio f verificar erros relativos a entradas inv lidas de dados pelo autor 116 g manusear o arquivo que conter as informa es do buffer e que poder ser recuperado posteriormente atrav s de chamadas no servidor de arquivos Os itens e f e g da lista anterior demonstram que o applet executa o papel de configurador do ambiente virtual verificador de erros contendo um gerador de c digos que capaz de produzir o c digo relativo aos componentes criados pelo autor e um tratador de arquivos todos relativos arquitetura do Subsistema de Cria o de Experimentos A Figura 5 15 representa uma tela t pica da GUI existente em prot tipo desenvolvido relativa Cria o de Experimentos i Salvar Esperando Sele o Fig 5 15 Interface de Cria o de Expe rimentos Cinem tica Na concep o da GUI do Subsistema de Cria o de Experimentos a integra o da linguagem Java com HTML e com o plug in VRML foi necess ria O prot tipo desta interface se caracteriza por permitir que as
30. apresenta a solu o proposta por Alice de forma a permitir o desenvolvimento do prop sito do usu rio 38 A cena composta por tr s elementos Camera Light Ground Camera usado para defini o de ponto de vista do usu rio al m de posi o do mesmo Light usada para definir a ilumina o da cena com e Ground para especificar os elementos que estar o na cena objetos e seus atributos Cada um dos elementos apresenta uma rvore espec fica que permite analisar o que est sendo usado A GUI apresenta ainda uma janela para a cena uma linha para associar a es aos elementos do e diversas widgets para explora o que possibilitam ao usu rio andar para frente para tr s lados mover para cima e para baixo olhar acima e abaixo Com a utiliza o de comandos Add Object e linhas de comando como 0 5 inseridas na GUI facilmente se obt m uma cena em que um objeto inserido se move para cima de 0 5m A elabora o de cenas din micas com diversos objetos e movimentos associados pode ser feita com o aux lio de Scripts Scripts apresentam a possibilidade de usando uma s rie de linhas de comando e uma meta linguagem coordenar objetos e suas partes e elaborar mundos din micos onde elementos perfazem uma s rie de a es previamente definidas Para escrever um Script o usu rio necessita conhecer os comandos dispon veis e ter uma no o clara de que objetos s o formados por p
31. autor em uma string verificar os erros e passar informa es para o plug in apresentar no cen rio virtual A Figura 5 17 refere se ao fragmento de c digo da respectiva classe Java que envia ao plug in a informa o do objeto virtual a ser representado try initScene no int browser createVrmlFromString Stringval if escolha addChildrenl setValue no int if escolha excluir texto setText Tentando Remover varia browser getWorldURL String variavel null removeChildrenl setValue no int catch InvalidNodeException output setText PROBLEMS e An Fig 5 17 Fragmento de c digo que envia dados para o plug in VRML Distingue se como principal instru o deste fragmento de c digo linha browser createVrmlFromsString que define ao plug in que represente um dado objeto relativo string denominada Stringval que neste caso em particular representa o objeto 119 a ser inserido no cen rio virtual Tal objeto simultaneamente armazenado em uma lista dentro do applet H listas para os diferentes tipos de objetos poss veis que os agrupa por natureza Assim objetos r gidos est o em uma lista diferente de objetos deform veis etc Tal estrat gia permite que as diferentes associa es sejam constru das e validadas Quando o autor define por inserir um quadro explicativo no cen rio virtual o applet executa o papel de analisar e quebrar o text
32. c digo do objeto Mola definido na oscila o e presente no diagrama de sequ ncia da Figura 5 25 O pr ximo cap tulo discute a utiliza o dos prot tipos e um estudo de caso relativo ao desenvolvimento de um experimento virtual relacionado com a Cinem tica por um professor 128 6 Resultados de Utiliza o Este cap tulo apresenta um estudo de caso relacionado utiliza o do sistema para a cria o de um dado experimento de F sica com utiliza o dos prot tipos desenvolvidos e os resultados de avalia es dos prot tipos por autores e experimentadores Os prot tipos desenvolvidos foram disponibilizados na Internet Cardoso 1998 e as avalia es foram efetuadas por meio de reuni es com avaliadores 6 1 Estudo de Caso Promovidas as implementa es destacadas no cap tulo anterior prot tipos do sistema foram criados de forma a viabilizar que um dado autor professor de F sica pudesse experimentar a elabora o de um experimento virtual relacionado com um dado t pico da F sica O t pico escolhido est relacionado com o Princ pio Fundamental da Din mica a Segunda Lei de Newton expressa em termos do resultado da aplica o de uma for a resultante de m dulo sobre um corpo de massa m express o vetorial da Segunda Lei de Newton dada pela equa o 1 3 1 De maneira a introduzir tal conceito e possibilitar aos alunos experimentarem a rela o entre a For a Resultant
33. com os usu rios al m de permitir defini es acerca de visibilidade de atributos e opera es No caso de atributos elementos como o tipo est tico constante ou normal tipo de dados e dom nio de valores podem ser melhor visualizados uma vez que o usu rio participa novamente do ciclo de vida atrav s da avalia o do prot tipo Uma das vantagens deste processo relativa a minimizar as expectativas do usu rio e do analista pela distin o de limita es como por exemplo relativas a n mero de elementos formas de visualiza o dos ambientes virtuais formas de intera o tipos de 71 objetos de interface etc e fronteira do sistema provendo condi es para a evolu o forma de projeto Na concep o de meta ambientes de Realidade Virtual uma avalia o de tecnologias de entrada e sa da fundamenta se na verifica o de tecnologias acess veis para potenciais usu rios Neste aspecto motivos como a ampla utiliza o o barateamento de equipamentos e vasta gama de perif ricos dispon veis e flexibilidade tornam o computador pessoal uma boa escolha ainda que pesem limita es de velocidade e extensibilidade a perif ricos De fato a possibilidade de atingir um n mero cada vez maior de usu rios deve ser um dos elementos da an lise No caso de sistemas suportados pela Web a grande diversidade de tecnologias esconde um grande n mero de limita es Assim uma boa defini o do software atrav s de uma an
34. da e kits de laborat rio dentro de arm rios Os arm rios caracterizados por nomes distintos conter o os kits arranjados por diferentes t picos da F sica como Din mica Eletricidade ptica e Termologia Ao clicar sobre o arm rio suas portas se abrem e um conjunto de kits apresentado com refer ncias aos experimentos que representam Ao selecionar um kit apresentado ao experimentador uma nova p gina contendo a simula o desejada A Figura 4 11 apresenta o esquema b sico deste tipo de interface Cen rio Virtual Painel de Controle Fig 4 11 Esquema B sico da Interface para o Experimentador Pressupondo que podem haver muitos experimentos relacionados com o mesmo kit por exemplo dentro do arm rio Din mica h diversos experimentos de cinem tica ser 96 permitido ao usu rio quando clica sobre o kit selecionar com uso de uma widget 3D o desejado Al m disto uma confirma o ser necess ria para a abertura da nova p gina O Cen rio Virtual cont m os objetos 3D que comp em os experimentos com a qual o experimentador interage diretamente O Painel de Controle cont m objetos relacionados com as realimenta es para o usu rio feedbacks e outros com a qual o usu rio interage intera es indiretas no painel de controle que o usu rio pode encontrar widgets para altera o de atributos de um dado objeto de forma a promover um novo experimento comparativo por exemplo com os mesm
35. defini es feitas no applet sejam imediatamente apresentadas no cen rio virtual e armazenadas pelo applet para posterior salvamento 117 De forma a definir os componentes do cen rio virtual o applet mant m um gerador de c digos que baseado nas defini es do autor vai construindo um texto relativo aos objetos que compor o o cen rio virtual Tal gerador de c digos VRML consulta uma tabela de c digos dos objetos e baseado nos c digos fundamentais altera os e armazena temporariamente uma string que depois repassada para o plug in para a representa o no cen rio A Figura 5 16 apresenta um fragmento do c digo do applet relativo captura e valida o dos n s do arquivo VRML inicial que ser o modificados dinamicamente pelas defini es do autor public void initScene try Adiciona browser getNode Adiciona grupo browser getNode Grupo nav2 browser getNode nav2 nav browser getNode nav Principal browser getNode Principal warningText browser getNode warning Text vista browser getNode Vista output setText Initializa o catch InvalidNodeException e output setText PROBLEMS e return try IsClicked EventInSFString Adiciona getEventIn IsClicked RemClicked EventInSFString Adiciona getEventIn RemClicked set whichChoice EventInSFInt32 Grupo getEventIn set whichChoice LerString EventInSFString Adiciona getEventIn
36. definir as p ginas WEB que ser o disponibilizadas tanto para concep o quanto para verifica o dos experimentos desenvolvidos pelos usu rios VRML como suporte ao desenvolvimento da biblioteca de objetos e formas 3D que permitam a concep o dos cen rios dos experimentos modelagem geom trica al m da reutiliza o de c digo atrav s de defini es de propriedades e atributos destes objetos JavaScript integrada a VRML para modelagem din mica dos objetos 3D do dom nio da solu o e HTML para concep o de p ginas Web Java integrada a VRML e HTML atrav s de applets de forma a conduzir o processo de desenvolvimento dos experimentos virtuais ativando e definindo os objetos que os compor o al m de manusear arquivos e permitir que as modifica es dos usu rios possam ser armazenadas e reutilizadas Aplicativos Java utilizados no subsistema de inser o de objetos para possibilitar a inclus o de novos objetos ao sistema de forma a estender a biblioteca de objetos As se es seguintes detalham aspectos relevantes destas tecnologias que definiram a utiliza o das mesmas na implementa o de prot tipos 5 1 Linguagens de Programa o 5 1 1 VRML O Ap ndice III apresenta um breve hist rico da linguagem VRML e exemplos elucidativos referentes s caracter sticas b sicas da mesma 99 Arquivos que simulam mundos 3D em VRML s o na verdade uma descri o textual na forma de textos ASCII de form
37. desenvolvedor O C digo validado enviado ao Tratador de Arquivos O Tratador de Arquivos permite o acesso aos arquivos fontes com dados relativos aos objetos j disponibilizados implementados e atualiza o Conjunto de Objetos dos Ambientes Virtuais com novos c digos colocando os em pastas adequadas de acordo com entradas de dados do desenvolvedor 90 4 1 6 5 Biblioteca de Objetos A composi o dos ambiente virtuais se d com o uso dos Objetos dos Ambientes Virtuais relativos a objetos de experimentos objetos de adorno menus3D sensores e atuadores disponibilizados pela Biblioteca de Objetos que corresponde ao banco de objetos do sistema A op o por um banco de objetos se deve ao fato de que um objeto pode ser tratado como uma caixa preta que pode ser modificado e constru do independentemente do sistema desde que suas por es p blicas n o se modifiquem permitindo a heran a de atributos e opera es Furlan 1998 A biblioteca de objetos cont m objetos que s o usados na composi o dos cen rios dos experimentos al m da concep o de algumas interfaces como a interface inicial do sistema que dada pela representa o de um laborat rio Como a heran a uma das caracter sticas deste banco esta estrat gia possibilita a cria o de objetos a partir de objetos existentes que transmitem suas caracter sticas para um outro objeto provendo condi es de atualiza o de tal banco pelo desenvolvedor Por
38. desenvolvimento do projeto escalabilidade flexibilidade de representa es 3D e suporte a malhas tridimensionais 27 Fig 3 1 Visualiza o de um Ciclone com uso de VRML Silveira Pellegrino 1997 desenvolveram aplica es de VRML para modelagem de s lidos aplicadas constru o de mundos virtuais foram desenvolvidas usando a primeira vers o da linguagem VRML 1 0 e evidenciando desde ent o aplicabilidade da linguagem ainda na vers o inicial usando estruturas de dados como octrees 3 2 Laborat rios Virtuais baseados em Java 2D 3 2 1 Virtual Laboratory Johns Hopkins University O Virtual Laboratory 2002 corresponde a um conjunto de app lets Java usados para visualizar experimentos relacionados com eletr nica rob tica propaga o de ondas condu o do calor e estat stica Os experimentos s o apresentados na forma de simula es bidimensionais que permitem ao usu rio inser o de elementos altera o de par metros dos elementos utilizados e visualiza o de grandezas resultantes de simula es experimentais A Figura 3 2 refere se a um destes applets usados para concep o de circuitos nn digitais circuitos l gicos onde o aprendiz pode inserir portas and not ou a partir de quatro entradas e visualizar as sa das a partir das 28 poss veis entradas A combina o das portas efetuada por liga es f sicas estabelecida
39. e fontes A API 2 permite desenhar formas padr es como ret ngulos c rculos vetores etc e formas arbitr rias como curvas de Bezier realizar transforma es gr ficas sobre formas e preench las at mesmo com gradientes Java tamb m permite manusear formas 3D atrav s de Java3D que n o uma API que tem recursos de cria o e manipula o de formas tri dimensionais inclusive permitindo a renderiza o de formas que necessita ser instalado separadamente e tem um c digo nativo n o independente de plataforma o que pode ser um fator dificultador de desenvolvimento de interfaces e de utiliza o na Internet Outra relevante caracter stica de Java associada Internet a capacidade de manuseio dos elementos do protocolo b sico da rede TCP IP Classes como InetAddress usada para armazenar endere os da rede que fazem parte do pacote java net podem ser utilizadas para controlar a exibi o de p ginas a partir dos applets Al m disto applets podem ser usados para lerem arquivos na Internet JavaBrasil 2000 gerando arquivos locais com tais informa es criar conex es entre arquivos atrav s de soquetes Java 2000 acessar servi os de servidores Proxy enviar mensagens eletr nicas usando um servidor smtp send mail transfer protocol implementar s tios de bate papo etc Ritchey 1997 Chan et al 1999 Raz es como possibilidade de manuseio de imagens bidimensionais de forma simples dispon
40. e pressionar Enter O sistema cria rotas de trocas de informa es entre o sensor ou atuador e o s objeto s escolhidos para envio e recebimento de informa es na forma de mensagens Fluxo excepcional de eventos Se o autor tentar definir rela es do objeto com elemento do painel de controle com a qual n o seja poss vel a associa o uma mensagem de erro apresentada solicitando verifica o e uso de arquivos de ajuda do sistema 4 1 5 2 Casos de Uso para Experimentador A Figura 4 6 apresenta os casos de uso relacionados com o Experimentador Co Sele o de Experimento 96 Experimentador Intera o Direta com A Y Co Intera o Indireta com AM Fig 4 6 Casos de Uso para o Experimentador 82 Descri o do caso de uso Sele o de Experimento Fluxo de eventos principal O caso de uso come a quando o experimentador acessa o sistema e por intera o direta com elementos dispon veis no cen rio virtual escolhe um kit de experimentos Ap s tal escolha o sistema atualiza o cen rio e apresenta novas op es de escolha relativas ao kit selecionado O experimentador novamente por intera o direta com objetos do cen rio virtual escolhe o experimento desejado O Ambiente Virtual relativo a tal experimento apresentado ao Experimentador atrav s da mesma janela do navegador Descri o do caso de uso Intera o Direta com Fluxo de eventos principal O caso de us
41. integra o das redes de computadores e computadores pessoais provendo formas de comunica o s ncrona ass ncrona 11 O grande diferencial desta ltima fase est nas possibilidades de estabelecimento da comunica o s ncrona tida como capaz de prover maiores condi es de reflex o e de elabora o de novos saberes pelos alunos Arag o et al 2000 Sob este ponto de vista tecnologias interativas como Multim dia Hiperm dia e Realidade Virtual s o apontadas como propulsoras de uma nova realidade ao serem empregadas como suporte de ensino e aprendizagem na Educa o a Dist ncia EAD via Internet Neste tempo esta a verdadeira inova o propiciada por tecnologias capazes de prover alta interatividade que aliadas a redes de computadores podem ser ainda mais extens veis Considerando este contexto faz se necess ria uma an lise da terminologia empregada O termo EAD principalmente quando relacionado terceira fase torna se ponto de discuss o Dist ncia associada ao termo ao inv s de tratar o efeito do ponto de vista do usu rio que se refere aproxima o acaba por dar uma id ia de separa o e obst culo Diante disto Tori Ferreira 1999 prop em uma adequa o da terminologia associada ao conceito de Educa o Virtual Interativa EVI EVI aplicada de forma a representar meios de aprendizagem que eliminam dist ncias n o apenas espaciais mas tamb m temporais e operacionais e possi
42. lise de outras solu es e das tecnologias comumente empregadas por diversos pesquisadores pode ser utilizado para a defini o do s prot tipo s Entretanto estas tecnologias podem em defini es extens veis tornarem se invi veis Na fase de implementa o para permitir que os objetos sejam definidos em tempo de cria o de um novo ambiente virtual define se uma biblioteca b sica de objetos a partir dos requisitos que s o modelados do ponto de vista geom trico e comportamental na fase de projeto S o gerados ainda os objetos de interface os objetos que figurar o no meta ambiente e a configura o deste de forma a capacitar usu rios desenvolverem um novo ambientes virtual O meta ambiente e os ambientes virtuais gerados s o avaliados em termos de desempenho usabilidade e do valor da aplica o gerando uma apurada an lise de riscos Observa se a forte participa o dos usu rios finais professores neste caso particular no processo de desenvolvimento Como resultados desta fase novos objetos podem ser sugeridos e acrescentados depurando a an lise de requisitos e o modelo de an lise Em novas voltas do ciclo n o haver grandes altera es no projeto de classes capaz de suportar novas modelagens de objetos sem a necessidade de altera es nas tecnologias de software e hardware que j foram validadas A implementa o gera estes novos objetos que s o reavaliados em conjunto e separadamente em nova fase d
43. medi o de vari veis dos experimentos f sicos S o exemplos veloc metros dinam metros balan as de massa dentre outros Estes objetos necessitam trocar mensagens com objetos de experimento de forma a obten o atualizada de valores dos atributos dos mesmos Classe de Atuadores composta por objetos que enviam mensagens a objetos de experimentos a partir de informa es e intera es com os usu rios Objetos de Interface 3D composta por menus 3D por elementos de cen rio utilizados para prover a ativa o de experimentos por sele o do usu rio Nesta condi o est o arm rios e gaveteiros que s o capazes de prover a ativa o de um dado experimento atrav s da escolha do usu rio Classe de Objetos da Interface 2D Cont m os objetos relacionados com a intera o com o usu rio que podem receber informa es de entrada e enviar mensagens para outros objetos ativando opera es relacionados com a altera o de atributos dos mesmos relativos a um dado experimento Serve ainda para coordenar a atualiza o das p ginas que est o sendo exibidas Um exemplo de objetos desta classe pode ser dado por menus de controle que permitem a um dado usu rio modificar par metros dos objetos de cen rio ou selecionar um dado tipo de experimento para ser desenvolvido O Anexo I apresenta o diagrama de classes do sistema modeladas de acordo com a UML 4 2 Interfaces do Sistema A interface do sistema ser toda des
44. outro lado com a utiliza o de tais objetos o autor pode definir as rela es entre objetos de experimentos e destes com sensores e atuadores atrav s da GUI Tais rela es permitem definir grupos de objetos associados e troca de mensagens entre os mesmos de forma a se compor as propriedades f sicas pertinentes a cada agrupamento ou elemento Para a concep o de experimentos virtuais ser necess ria a defini o de posicionamento tamanho defini o de propriedades f sicas e relacionamento dos elementos do mundo que estar o disponibilizados na biblioteca O sistema consulta a biblioteca de objetos do dom nio e a partir dela escreve a vers o final do c digo relacionada a um dado experimento definido 4 1 7 Modelo de Objetos do Dom nio Para permitir a concep o do sistema necess ria a defini o das classes do dom nio do mesmo que s o Classe de Objetos de Adorno Cont m os diversos modelos geom tricos de objetos utilizados no mobili rio dos laborat rios virtuais tais como fundos de cenas mesa cadeiras pranchetas arm rios portas etc 91 Classe de Objetos de Experimentos cont m os objetos que ser o usados nas montagens experimentais tais como carrinhos molas cestas Nesta classe h duas subclasses diferentes objetos el sticos para os quais ser necess ria a defini o de uma constante el stica e objetos duros Classe amp Sensores composta pelos objetos destinados
45. painel de controle intera es indiretas de forma a visualizar resultados promover altera es de valores relativos a vari veis de experimentos e disparar a inicializa o de processos relativos aos experimentos e elementos do cen rio 3D 4 1 5 Requisitos Identifica o de Casos de Uso do Sistema Durante a fase de an lise h a necessidade de gera o de modelos do sistema para permitir a avalia o e o projeto Furlan 1998 O modelo de an lise especifica objetos l gicos que ser o inclu dos no sistema destacando seus grupos e rela es Associado a ele h o modelo de requisitos que destaca a funcionalidade do sistema a partir do uso de atores e de casos de uso Assim para modelar o sistema ser o levantados os aspectos funcionais desejados e posteriormente os aspectos relativos s limita es e comportamentos 4 1 5 1 Casos de Uso para o Autor De forma a definir as funcionalidades do sistema necess ria a defini o dos casos de uso e dos atores A Figura 4 5 apresenta os casos de uso relacionados com o autor geralmente um professor que deseja elaborar experimentos virtuais de F sica com a utiliza o do software Laborat rio Virtual de F sica LVF 78 Co Sele o do kitde Experimento CO Defini o de Objetos de Adorno a Defini o de Objetos de Experimentos Autor de Sensores Defini o de Atuadores Co Estabelecimento de Rela es en
46. pr prio painel de controle um objeto de interface capaz de agrupar outros objetos como bot es de controle e caixas de texto Como objetos de interface 3D temos alguns elementos representados no Cen rio Virtual como m veis que podem ser utilizados para permitir ao usu rio ativar experimentos arrastar objetos e outras intera es diretas Um exemplo deste tipo de aplica o dado pelo gaveteiro um conjunto de gavetas capaz de ativar a chamada da interface de experimenta o ou o meta ambiente para a cria o de um novo experimento relativo a um dado kit de experimentos associado com o label da gaveta selecionada O resultado da implementa o de um objeto desta classe apresentado na Figura 5 11 Cada gaveta recebe um r tulo que permite uma ativa o espec fica Quando o usu rio clica sobre a gaveta escolhida o objeto envia uma mensagem para o navegador ativando a carga de uma nova p gina relativa ao link correspondente tal sele o H ainda dois outros tipos de objetos dispon veis para intera o direta o menu3D e o controle deslizante O menu3D permite a atualiza o discreta de valores de dois atributos num ricos de um objeto controlado a partir da defini o de m ximo m nimo e incremento 112 Fig 5 11 Objeto Gaveteiro A Figura 5 12 apresenta um exemplo deste menu que tamb m implementado como um proto em VRML e cont m fun es JavaScript que permitem a defini o posterior dos atribut
47. programa possui um ambiente de cria o e desenvolvimento compat vel com Windows 95 9898 e Windows NT 4 08 requer instala o do Service Pack 3 0 e um plug in para ser associado aos principais navegadores da WEB de forma a possibilitar a visualiza o de mundos virtuais desenvolvidos no ambiente de cria o por usu rios da rede mundial de computadores Para ser executado Alice requer m quinas Pentium ou superiores n o necessitando de placas aceleradoras gr ficas m nimo de 16M de mem ria placa de som placa de v deo VGA Graphics e instala o do Microsoft Direct 3D biblioteca gr fica do Microsof Direct H diversos objetos 3D previamente definidos caracterizados por atributos e propriedades alguns herdados da classe object do Alice que permitem altera es e cria es de cen rios e dinamismo de cen rios Comandos de alto n vel permitem modifica es de atributos aplica o de transforma es gr ficas desenvolvimentos de cen rios movimenta o de c mera alterando o ponto de vista do usu rio e navega o As widgets s o de f cil assimila o e suas fun es est o relacionadas com os t picos relatados O usu rio levado navega o atrav s de cliques apontamentos e arrastes com a possibilidade de inserir novos elementos comandar a es de objetos e suas partes al m de poder carregar uma s rie de exemplos existentes A Figura 3 10 apresenta a interface gr fica do programa Alice
48. programa que pode ser utilizado por pessoas que n o sabem programa o evitando as etapas demoradas de aprendizado para utiliza o de tecnologias desta natureza Pierce et al 1997 Alice foi desenvolvido desde o seu projeto inicial em Python uma linguagem interpretada escrita por Guido Van Ro ssum Python uma linguagem de alto n vel com uma sintaxe simples e de f cil aprendizado orientada a objetos sendo comparada por alguns observadores a um pseudoc digo execut vel Python 2000 Por ser interpretada Python propicia facilidades na altera o e valida o de c digo sendo que mudan as efetuadas podem ser observadas em segundos e por esta raz o mais r pida que ou C para prover altera es ao mesmo tempo em que extens vel a forma a evitar que usu rios necessitassem estudar aprender conceitos relacionados a computa o gr fica ou realidade virtual como transforma es escala 36 rota o transla o matrizes coordenadas homog neas etc Alice prov suporte a requisitos de computa o gr fica e realidade virtual sem a exig ncia do aprendizado destes conceitos Ademais usu rios podem ser levados a cometer erros de sobreposi o de transforma es como uma aplica o de transforma o de escala que pode levar modifica o da figura visualizada de uma forma n o intuitiva Alice pretende evitar que o desconhecimento destes conceitos seja fator desmotivador O
49. relativo aos Conjuntos de Experimentos organiza os experimentos criados e dispon veis em pastas e subpastas A sele o da pasta e subpasta relativa cada experimento provida a cada usu rio por elementos da interface de forma que o acesso ao conte do de uma dada aula pelo experimentador est associado escolha de um elemento do cen rio que se relaciona com um dado kit de experimentos e em seguida com a aula desejada Por exemplo h uma pasta de experimentos relacionados com a cinem tica que cont m outra pasta de experimentos relativos a movimentos uniformes Cada experimento est relacionado a um arquivo espec fico que cont m o ambiente virtual equivalente A organiza o destas pastas e dos arquivos a elas relacionados uma das fun es do Subsistema de Cria o de Experimentos No acesso a este s o feitas sele es relativas s frentes da F sica e por consequ ncia o subsistema tem condi es de controlar em que pasta ser armazenado cada novo AV desenvolvido 4 1 6 3 Subsistema de Cria o de E xperimentos O Subsistema de Cria o de Experimentos permite ao autor elaborar um experimento virtual como se estivesse dentro de um laborat rio real Do ponto de vista da interface h uma janela onde pode ser visto o experimento que est sendo montado o painel de controle e outra janela que cont m comandos de inser o remo o e defini o de objetos Este sistema se relaciona com o pacote de Objetos dos Amb
50. seus pr prios mundos virtuais e armazene os para trabalhos futuros c inser o de textos explicativos no meio dos cen rios virtuais levando a confus o do usu rio durante utiliza o 56 http members tripod co uk ScienceAndScripture wrls chaospnd wrl Microsoft Internet Explorer Arquivo Editar Exibir Favoritos Ferramentas Ajuda j E a 9 n er 7 Parar Atualizar P gina Pesquisar Favoritos Hist rico Correio Imprimir Editer inicial Endere o ja http members tripod co uk Science ndScripture Mwrls chaospnd er Links 1 item restante http members tripod co uk ScienceAndScripture Awrls chp2 gif Internet Fig 3 25 P ndulo sujeito a Campos Magn tico e Gravitacional 3 3 8 VRML Gallery of Electromagnetism Trata se de um s tio da Internet Salgado 2001 que disponibiliza um conjunto de mundos est ticos desenvolvidos em VRML relacionados ao conte do de F sica principalmente com Eletromagnetismo A galeria de experimentos apresenta diversas simula es tais como adi o de vetores produtos vetoriais campos el tricos de cargas puntiformes dipolos el tricos e esferas condutoras campos magn ticos gerados por correntes el tricas Lei de mpere e outros relacionados a fundamentos da eletricidade As anima es em VRML permitem aos usu rios navegar por espa os 3D onde se encontram cargas el tricas cor
51. sicas adequadamente definidos para cada tipo de elemento de experimento que via de regra apresentam resultados num ricos Atuadores respons veis pelo envio de ordens para objetos de experimento s o ut is no controle dos experimentos Na composi o do painel de controle o autor escolhe posi o apar ncia e escala de valores que um dado sensor ou atuador possuir de forma a personalizar tais componentes Durante a defini o do cen rio e do painel de controle devem ser estabelecidas as rela es entre os diferentes objetos de experimento e destes com menus3D sensores e atuadores por meio das ferramentas de configura o que figuram na interface para a cria o de experimentos Caso seja realizada uma tentativa incorreta de associa o o sistema informa ao autor e solicita a corre o Ao completar a defini o de um experimento o autor poder salv lo tornando o dispon vel para acesso via Web para posterior utiliza o pelo experimentador 4 1 4 2 Subsistema de Atualiza o da Biblioteca de Objetos O Subsistema de Atualiza o de Objetos de Experimentos permite a altera o inser o e atualiza o dos elementos que comp em os cen rios virtuais e os pain is de controle A Figura 4 4 apresenta esquematicamente os componentes da Biblioteca de Objetos que s o pass veis de atualiza o Biblioteca de Objetos Objetos de Cen rios Objetos de Pain is de Controle a N Objetos de
52. solu es de software com uso de Realidade Virtual RV a pesquisa de alternativas metodologia aponta a necessidade de considerar que os objetos do dom nio do problema devem ser modelados considerando se aspectos relativos geometria e ao comportamento intera o entre objetos de cena e com objetos de interface caracterizando se duas modelagens importantes a modelagem geom trica e a modelagem comportamental A modelagem geom trica visa definir atributos relacionados geometria dos objetos tais como dimens es posi o no espa o cor textura etc J a modelagem comportamental diz respeito defini o do comportamento do objeto e de suas rela es com outros objetos Neste aspecto s o definidas caracter sticas como massa velocidade coeficiente de deforma o el stica e temperatura Visando a defini o de uma sistem tica a ser seguida no desenvolvimento de ambientes virtuais Green Halliday 1996 prop em uma estrat gia que considera tanto a parte de defini o de objetos em cena quanto as intera es e comportamentos destes objetos composta por tr s fases 1 Projeto de objetos de cena com a defini o da geometria e comportamento dos objetos no ambiente virtual 2 Composi o de Cenas com a defini o da localiza o dos objetos na cena do ambiente virtual trabalhando com v rias vis es do ambiente e definindo as intera es entre objetos 3 Transi es entre cenas defini o das mud
53. suportar as tarefas de cria o desenvolvimento e experimenta o sendo compat vel com a Web tarefa da GUI gerenciar as p ginas Web que s o apresentadas ao usu rio coordenar as a es de ativa o de outras p ginas subsistemas aplicativos e de conjuntos de instru es Inicialmente a qualquer usu rio do sistema apresentado o cen rio de um laborat rio virtual 3D que cont m um conjunto de pontos de vista pr definidos Tal cen rio capaz de permitir a escolha entre cria o de um novo experimento a atualiza o da biblioteca de objetos ou a ativa o de um dado experimento pr definido A forma de intera o do usu rio com elementos deste ambiente define que componentes ser o ativados As caracter sticas da interfaces ativadas a partir desta interface inicial variam com a inten o do usu rio no acesso ao sistema Caso o usu rio opte por carregar um experimento dispon vel a GUI atrav s da Interface de Experimenta o cont m widgets capazes de prover a sele o do experimento desejado baseado em frentes da F sica dispon veis Quando o usu rio opta por desenvolver um novo experimento a GUI atrav s da Interface de Cria o aciona o Subsistema de Cria o de Experimentos Se o usu rio optar por modificar os objetos a GUI ativa o Subsistema de Atualiza o de Objetos de Experimentos que prov fun es para a verifica o e defini o de novos objetos modificando o pacote de Objetos de Ce
54. tratamento das informa es Pinho 20004 Esta nova forma de pensamento e processamento de informa es possibilita um melhor estabelecimento de conex es rela es solu es de problemas e efetiva memoriza o 2 2 1 Justificativas ao uso de Realidade Virtual na Educa o A utiliza o de RV com fins educativos tem merecido destaque e tem sido avaliada de forma intensiva nos ltimos anos Pantelidis 1996 Os resultados destas avalia es mostram ganhos em termos de aprendizagem superiores a diversas outras formas de intera o visando educa o mediada por computador Alguns relatos s o destacados a seguir Byrne 1996 demonstrou que estudantes do segundo grau utilizando aplicativos baseados em realidade virtual para an lise de experi ncias de Qu mica relacionadas com visualiza o e manuseio de mol culas apresentaram uma reten o de informa es ap s tr s meses muito superior a estudantes que obtiveram tais informa es atrav s de outros meios tais como sistemas audiovisuais demonstrando que um dos principais fatores envolvidos com a aprendizagem a interatividade proporcionada pelo ambiente Este aspecto apontado por Costa 2000 apud Rizzo et al 1997 confirmando que a intera o a caracter stica chave que distingue uma experi ncia em RV de uma experi ncia de por exemplo assistir a um filme Pausch et al 1997 destaca que usu rios de RV s o muito melhores nas buscas sistem ticas da i
55. very straight forward Select the Blue Force by chickamg on it e Select the left most mass of the thres e Chick the Mart Bitton Fig 3 9 Alterando a For a Nova Simula o e Novos Resultados do Applet 34 35 3 3 Laborat rios Virtuais e Sistemas de em 3D Diversas solu es s o apresentadas neste t pico relativas ao desenvolvimento de sistemas e laborat rios virtuais caracterizados por intera o em ambiente 3D Sistemas como Alice e o projeto ScienceSpac caracterizados pelo envolvimento de um grande n mero de pesquisadores s o relatados Tamb m s o apresentadas solu es fundamentadas na utiliza o das linguagens HTML Java VRML e JavaScript caracterizadas pelo desenvolvimentos de p ginas WEB interativas capazes de permitirem ao usu rio experimentar e visualizar conceitos educacionais Solu es de combina o destas linguagens t m permitido a visualiza o de experimentos f sicos e qu micos elementos geom tricos t picos de geografia de terrenos observa es espaciais e ambientes de discuss o s ncrona para fins de aprendizado a dist ncia 3 3 1 Alice 3 3 1 1 Caracter sticas Alice 2000 uma ferramenta para cria o e anima o de mundos tridimensionais definida para ser f cil de programar e modificar Os autores visaram o desenvolvimento que iniciou se na University of Virginia e posteriormente continuou com uma equipe na Carnegie Mellon University de um
56. L B Bottom Thou Art Translated The Making of VRML Dream IEEE Computer Graphics and Applications 19 2 45 51 Mar Apr 1999 MEC Minist rio da Educa o e Cultura S tio da Internet sobre Educa o a Dist ncia Cont m cursos regulamentados aspectos jur dicos e normativos do Ensino a Dist ncia no Brasil al m de institui es credenciadas relat rios etc Dispon vel em lt http www mec gov br seed tvescola regulamentacaoEAD shtm gt Acesso em 06 nov 2001 159 MEIGUINS S B BEHRENS H F Laborat rio Virtual para Experi ncias de Eletr nica Ih I WORKSHOP BRASILEIRO DE REALIDADE VIRTUAL WRV 99 Mar lia S o Paulo Brasil 1999 p 56 67 MYERS A B A Brief History of Human Computer Interaction Technology ACM Interaction v 5 n 2 Mar 1998 NADEAU D R Building Virtual Worlds with VRML IEEE Computer Graphics and Apllications v 19 n 2 p 19 29 1999 NISKIER A Educa o a Dist ncia a Tecnologia da Esperan a Editora Loyola Rio de Janeiro 1999 OST L INDRUSIAK S LEANDRO R Dynamic 3D Models of Integrated Circuits using VRML In WORKSHOP BRASILEIRO DE REALIDADE VIRTUAL WRV 99 Mar lia S o Paulo Brasil 1999 95 101 PANTELIDIS V Vesamontex S tio do projeto e descri o detalhada das atividades e resultados da implementa o de uma solu o de VR aplicada a Educa o Dispon vel em lt http users hub ofthe net mtalkmit ves
57. P a vers o para a Web do sistema TOP Kiril et al 2000 incorporando as caracter sticas originais de TOP e ainda as vantagens de solu es para a Web tais como 58 portabilidade integra o simples com textos e imagens e capacidade de colabora o com outros usu rios WebTOP um sistema interativo com simula es de ptica geom trica apresentadas em cen rios tridimensionais implementado com utiliza o de VRML Java e a External Authoring Interface EAI Marrin 2001 WebTOP pode ser executado em diversas configura es de sistemas operacionais navegadores hardware Trata se do primeiro sistema interativo e tridimensional completo de ptica WebTOP consiste de cinco sub m dulos de tr s diferentes reas da ptica relacionadas com fen meno da difra o e polariza o da Luz fen menos ondulat rios que alunos t m dificuldade de visualizar ou abstrair A interface com o usu rio apresenta cinco partes b sicas o Menu de M dulos a Cena o Painel do CosmoPlayer CosmoPlayer 2000 o Console e o Menu de Atividades como pode ser visto na Figura 3 27 Project Microsoft Internet Explorer Trabalhando oine basi 9 2 Fig 3 27 P gina T pica do Sistema WebTOP O Menu de M dulos permite que o usu rio atrav s da sele o com o mouse acesse uma das simula es de fen menos pticos dispon veis evitando que o usu rio seja obri
58. S DE INTERFACE EDS RR acesa OE asa 111 5 3 CONCEP O DOS SUBSISTEMAS DA ARQUITETURA sessseesosssosssessoesoossoessecesesssossoessese 113 5 3 1 INTRODU O Ore E 113 5 3 2 SUBSISTEMA DE CRIA O DE 114 5 3 3 SUBSISTEMA DE 123 6 RESULTADOS DE UTILIZA O cceceeeerererereeeerererererereecerereeeneecererererencereceerensese 128 6 1 ESTUDO DE CASO scscecices serio ococe 128 iv 6 1 1 DEFINI O DE OBJETOS DO AMBIENTE 131 6 1 2 RECURSOS ADICIONAIS MONTAGEM DO 135 6 1 3 UTILIZA O DO AMBIENTE VIRTUAL 136 6 2 RESULTADOS DE A VALIA O DOS PROT TIPOS cccceeeeeerereeeeecereecesesscrsssseeeeecenerereoo 139 6 3 LIMITA ES DOS PROT TIPOS eesseeessoeesoecesecesseocesocesssocesocesssoeesocessocesseecesocesssoeesse 142 CONCLUS ES E TRABALHOS FUTUROS cccererererecasasas 143 7 1 PRE MBULO E E E S S E 143 7 2 CONCLUS ES nadas onda 143 Tids TRABALHOS FUTUROS
59. Sum rio 1 INTRODU O audi A ATATA AEE 1 dd PREAMBULO ssoi entao 1 1 2 MOTIVA O 3 EX OBJETIVOS eae TR GRACA 6 1 4 CONTRIBUI ES 6 1 5 A JRGANIZA O DA TESE assis amos caienera cosa eso po qe ada ana riso IES EEEE ga 7 2 EDUCA O E REALIDADE VIRTUAL ceceerereereneereneero 8 21 INTERA O NA EDUCA O SEE ASNN 8 211 EDUCA O A DIST NCIA E EDUCA O 8 212 EDUCA O VIRTUAL INTERATIVA 11 2 2 REALIDADE s 14 2 2 1 JUSTIFICATIVAS AO USO DE REALIDADE VIRTUAL NA 16 2 2 2 MODALIDADES DE INTERA O 18 2 357 LABORAT RIOS VIRTUAIS aa duende 20 2 3 1 LABORATORIOS REMOTOS 21 2 3 2 LABORAT RIOS COM CONTE DO EXCLUSIVAMENTE 21 3 FERRAMENTAS E SISTEMAS PARA EDUCA O VIRTUAL INTERATIVA 23 3 1 LINGUAGENS PARA SUPORTAR CONTE DOS DE EVI ATRAV S DA INTERNET 23 3 1 1 3 1 2 3 2 3 2 1 3 2 2 3 23 3 3 ii 23
60. Water on Tap The Use of Virtual Reality as an Educational Tool Washington 1996 Tese Doutorado University of Washington BRYSON S et al The Future of Virtual Reality Head Mounted Versus Spatially Immersive Displays In PROCEEDINGS OF THE SIGGR APH 96 CONFERENCE ON COMPUTER GRAPHICS 1996 p 485 486 CAMPOS C F Novo Gloss rio de Inform tica Editora Ci ncia Moderna Rio de Janeiro Brasil 1995 CARDOSO A LAMOUNIER TORI R Sistema de Cria o de Experi ncias de F sica em Realidade Virtual para Educa o a Dist ncia In I WORKSHOP BRASILEIRO DE REALIDADE VIRTUAL WRV 99 Mar lia S o Paulo Brasil 1999 174 181 CARDOSO LAMOUNIER E TORI A Virtual Physics Laboratory to Support Interactive Distance Learning In INTERNATIONAL CONFERENCE ENGINEERING AND COMPUTER EDUCATION ICECE 2000 S o Paulo S P ago 2000 1 CDRom CARDOSO A LAMOUNIER TORI R Realidade Virtual no Ensino de F sica Dist ncia e Presencial In XI SIMP SIO BRASILEIRO DE INFORM TICA NA EDUCA O SBIE 2000 Macei Alagoas nov 2000 p 476 478 154 CARDOSO A LAMOUNIER TORI R Interactive 3D Physics Experiments Through the Internet In 4 SYMPOSIUM ON VIRTUAL REALITY SVR 2001 Florian polis SC Oct 2001 p 280 290 CARDOSO A Alexandre Cardoso P gina do Pesquisador Cont m informa es sobre aplica es de Realidade Virtual pesquisa e publica es do pesquisador tutoriais sobre
61. a de conhecimentos espec ficos de t cnicas de programa o e Computa o Gr fica 1 2 Motiva o Segundo Myers 1998 pesquisas nas universidades e ou corpora es devem investigar novas alternativas de interface no sentido de melhoria do processo interativo principalmente na Web Neste processo investigativo destaca se como rea emergente concep o de espa os de navega o tridimensionais 3D e Realidade Virtual Com o prop sito de concep o de software para RV investigam se t cnicas de modelagem 3D Kirner 1997 Byron et al 1996 e o desenvolvimento de aplicativos para a Internet nos ltimos anos Pausch et al 1997 Shermam et al 1997 Uma das reas beneficiadas por essas pesquisas a educacional onde h enorme potencial para desenvolvimentos de pesquisas e projetos com uso de Realidade Virtual que permite aos usu rios experimentarem sensa es nicas atrav s da manipula o e an lise do objeto de estudo Pinho 2000b Analisando o meio de entrega observa se que solu es para a Internet est o associadas f cil acessibilidade e independ ncia de plataforma Basal 1999 e que o uso de laborat rios virtuais como suporte intera o pode ser mais eficiente conveniente e at mais barato do que m todos tradicionais Cardoso et al 2000a j que ferramentas gratuitas podem ser usadas nas suas cria es e no desenvolvimento Tais fatores t m motivado o desenvolvimento de diver
62. a interface da Figura 5 15 para prover a intera o 122 direta com o AV de forma que seja poss vel armazenar as informa es dadas pelo autor e salv las no arquivo que cont m o AV desejado para um experimento Veloros slualzados daposi o do cerol Fig 5 21 Resultados coletados pelo applet Java com altera o no AV Para o retorno das informa es do cen rio virtual o applet precisa capturar o n e alguns valores que cont m as informa es importantes A Figura 5 22 apresenta o fragmento de c digo do applet que prov tal condi o A Figura 5 23 apresenta o fragmento de c digo que atualiza o texto relativo posi o do carrinho apresentado na Figura 5 21 public void init browser Browser getBrowser this Node sensor browser getNode TOUCH Node sensor2 browser getNode TOUCH2 isOver EventOutSFBool sensor getEventOut isOver isOver advise this isOver hitPoint changed EventOutSFVec3f sensor getEventOut hitPoint changed hitPoint changed advise this hitPoint changed isOver advise this 15 translation changed EventOutSFVec3f sensor2 getEventOut translation changed translation changed advise this translation changed setLayout new GridLayout 4 2 add label add output Fig 5 22 C digo para Coleta de Informa es de N s VRML 123 public void callback EventOut who double when Object which EventOutSFVec3f state EventOutSFVec3f wh
63. a o valor de z Defina a posi o do elemento Fig 6 4 Defini o de Atributos do Carrinho 2 133 4 defini o do terceiro m vel forma que o cen rio virtual fica constitu do por tr s carrinhos de massas diferentes Findo tal processo o autor passou defini o do painel de controle e das rela es entre os objetos atuadores e sensores come ando por um atuador Figura 6 5 que prover a simula o da aplica o da for a sobre todos os m veis clicar Fi inal Disparal Esperando Sele o Fig 6 5 Defini o de um Atuador para os tr s carrinhos 5 defini o de sensores de velocidade e de espa o percorrido por cada m vel A Figura 6 6 representa o instante da defini o do sensor de velocidade do Carrinho 2 relativo ao 5 O autor deve definir o elemento a qual o bot o ser associado pela escolha do mesmo na lista de elementos do Cen rio Virtual e a cor relativa ao bot o que ser inserido no Painel de Controle 134 posi o 28 Fig 6 6 Defini o de um Sensor o Carrinho 2 Ap s todas as defini es relativas ao Cen rio Virtual e ao Painel de Controle terem sido efetuadas o autor salvou o experimento com a adequada atribui o de nome para o mesmo A Figura 6 7 apresenta o Ambiente Virtual definido neste procedimento o E arq Fig 6 7 Cen rio Virtual Painel de
64. a que por meio de qualquer processador de textos um desenvolvedor possa conceber tais arquivos Tais c digos definem como est o as formas geom tricas as cores as associa es os movimentos enfim todos os aspectos relacionados com a id ia do autor Ames et al 1997 Quando um dado navegador browser l um arquivo com a extens o isento de erros o mesmo constr i o modelo descrito por ativa o de um programa auxiliar espec fico plug in Um arquivo VRML se caracteriza por quatro elementos principais o cabe alho obrigat rio os prot tipos a descri o da cena as formas interpoladores sensores scripts e as rotas O cabe alho composto pela instru o FVRML V2 0 8 e sua omiss o impossibilita o plug in do navegador de ler o arquivo em quest o Destacam se algumas caracter sticas de VRML que s o relevantes a este trabalho a Usando VRML a concep o de cen rios tridimensionais se baseia na elabora o de uma grafo direcionado ac clico contendo diferentes ramos ou n s que associados de forma correta podem ser agrupados A grande diversidade destes n s cinquenta e quatro pr definidos incluindo primitivas geom tricas propriedades de apar ncia sons e propriedades e v rios tipos de n s de agrupamentos uma das principais caracter sticas e qualidades da linguagem b VRML permite reutiliza o de c digo atrav s da prototipa o baseada na defini o de novos n s den
65. a utiliza o de monitores de v deo imers o subjetiva Nesta hip tese interfaces que prov m ambientes virtuais podem ser desenvolvidas com uso de linguagens como o VRML ou o Quicktime VR Johnson 1998 ressalta que uma acurada an lise de benef cios providos por tais interfaces precisa ser levada em conta durante o projeto do sistema Por exemplo a Internet prov milhares de aplica es desenvolvidas com modelos em VRML que n o apresenta muito mais que as capacidades de utiliza o da linguagem suportando apenas tarefas triviais caracterizando forte limita o das tarefas de usu rios Alguns fatores que justificam o desenvolvimento deste tipo de interface baseiam se no custo de equipamentos e na facilidade de concep o de aplicativos Byrne 1996 demonstrou atrav s de diversas experi ncias que o desempenho final de dois grupos de alunos um deles imerso em um ambiente virtual imers o espacial e outro de alunos que usavam a mesma aplica o com imers o subjetiva foi o mesmo Al m disso houve prefer ncia pela utiliza o da tela plana em detrimento ao uso do capacete Costa 2000 apresenta outras experi ncias do g nero e aponta que a utiliza o de monitores n o interfere negativamente nos resultados de desempenho dos usu rios gerando resultados promissores sendo vantagens utilizar uma tecnologia j sedimentada evitar as limita es t cnicas geradas pelo uso do capacete HMD e outros dispositivos considerados p
66. ade de desenvolvimento com uso das linguagens adotadas nas defini es dos prot tipos elaborou se uma extens o da solu o proposta inicialmente para a GUI de forma a verificar a viabilidade da coleta de informa es do cen rio virtual pelo applet que partilha a mesma p gina Web e respons vel pelo gerenciamento do processo de defini o do AV desejado pelo autor Em tal nterface o desafio constitu a se em permitir que o autor selecionasse um dado objeto e o applet coletasse informa es da sele o e da posi o do cursor no AV Se o prot tipo desta interface provesse tal solu o problemas como a defini o do elemento tocado pelo autor no AV e a posi o definida pelo autor seriam sanados Com tal prop sito uma interface constitu da de uma AV com dois carrinhos combinado com um applet que recebe informa es do AV foi desenvolvida e pode ser vista na Figura 5 20 Pq al valoras otualizados da posi o co cerol tela lt 7 to a E Fig 5 20 Prot tipo de Interface de Coleta de Informa es do AV A Figura 5 21 apresenta o resultado coletado pelo applet Java quando o autor seleciona o carrol e arrasta o para uma nova posi o O AV envia informa es para o applet que as apresenta O resultado deste desenvolvimento permite constatar a viabilidade de troca de informa es que partam do AV para o applet Java levando conclus o que ser simples adaptar a vers o proposta n
67. ado desde os meados do ano de 1994 atrav s do desenvolvimento de uma cole o de mundos virtuais que visa auxiliar 43 estudantes e professores na compreens o de conceitos cient ficos principalmente relativos Qu mica F sica Esta cole o de mundos virtuais utiliza hardware relativo a esta es de trabalho Silicon Graphics Onyx e prov imers o e intera o dos usu rios atrav s de perif ricos como capacetes equipamentos de som est reo headphones e um sistema de rastreamento das m os e da cabe a do observador Do ponto de vista de modelagem geom trica a concep o dos objetos dos mundos virtuais utiliza geometria poligonal combinando formas b sicas texturas e cores Atualmente comp em a cole o de mundos virtuais os seguintes t picos 1 NewtonWorld experimentos virtuais relativos s Leis de Newton que podem ser utilizados para explora o dos conceitos de in rcia conserva o da energia cin tica e conserva o da quantidade de movimento Os estudantes acessam o experimento virtual e podem simular altera es dos objetos presentes atrav s de menus nos experimentos de forma a visualizar o comportamento de diferentes massas e diferentes colis es Nos experimentos sensa es relativas mudan as de sombras representam as diferentes vari veis da f sica As Figuras 3 15 e 3 16 s o relativas ao experimento de conserva o da energia e da quantidade de movimento Pode se observar que h um corred
68. ador Data da Avalia o 1 DO Habilita o 1 grau 2 grau Escolas onde leciona tel Avalie o Programa Gerador de Experi ncias de F sica I Quanto Finalidade Muito til til pouco til Aplic vel ao meu trabalho atual sem exigir adequa es do local de trabalho Aplic vel ao meu trabalho atual exigindo poucas adequa es do local de trabalho Quais Aplic vel ao meu trabalho atual exigindo muitas adequa es do local de trabalho Quais N o aplic vel ao meu trabalho atual Justificativa 149 II Quanto Interface F cil entendimento dos comandos M dio entendimento dos comandos Dif cil entendimento dos comandos III Quanto a facilidade de uso Muito intuitivo Intuitivo Pouco Intuitivo IV Quanto de opera es A a o seguinte clara A a o seguinte obscura V Quanto aos recursos do Programa a experi ncia proposta foi integralmente desenvolvida n o foi desenvolvida por completo V b Os objetos dispon veis permitem conceber a experi ncia proposta conceber parte da experi ncia proposta n o permitem conceber a experi ncia V c A rela o entre os objetos dispon veis e suas propriedades simples de ser definida e permite o desenvolvimento proposto n o simples de
69. ais efetivo e permitido melhorias na motiva o dos estudantes com respeito ao interesse pelos t picos abordados Dede et al 2000 c o aprimoramento dos mundos virtuais tem tornado cada um deles mais adequado aos diferentes perfis de estudantes o que diferencia os em termos de adequabilidade 3 3 2 2 Desvantagens do Sistema As principais desvantagens do sistema s o a impossibilidade de aprendizado colaborativo o sistema n o permite que diferentes estudantes em pontos remotos ou em grupo possam simultaneamente partilhar os mesmos ambientes virtuais b custo do equipamento envolvido esta es de trabalho Silicon e os perif ricos utilizados s o muito caros c mundos virtuais previamente definidos pelos autores do projeto embora tais defini es sejam o resultado de muitos anos de investiga o os usu rios n o podem 46 criar novas simula es ou promover altera es que n o sejam param tricas no mundo virtual em utiliza o d o sistema n o partilha o ambiente simulado com usu rios desprovidos do perif rico adequado n o poss vel que um segundo aluno que n o esteja com um capacete possa observar a simula o que o aluno que utiliza o sistema momentaneamente est executando e h um n mero limitado de simula es impossibilidade de extens o dos mundos virtuais para os computadores pessoais PC s 3 3 2 3 An lise das Contribui es do Sistema Uma an lise do Scie
70. al modelado como o controle de atributos relativos a posi o e apar ncia Associada a VRML JavaScript permite a modelagem comportamental dos objetos provendo anima es mais complexas que as permitidas pelos n s originais da linguagem Este script tratado como componente de um n e seu c digo deve ser escrito dentro do mesmo Tipicamente tais programas permitem a es mais complexas associadas com resultados de sa da de anima es computacionais trocas de informa es entre computadores da rede ou a defini o de comportamentos baseados nas a es dos usu rios e dos demais objetos do mundo modelado Comp em esta forma de script Dados comuns relativos a valores de vari veis manuseados pelas fun es interfaces de entrada de dados associadas ao recebimento de mensagens de objetos do mundo virtual 102 interfaces de sa da de dados relativas ao envio de dado a objetos ou scripts do mundo virtual corpo de fun es cont m as fun es respons veis pelo manuseio dos dados recebidos como eventos externos e pelo envio de dados Atrav s desta associa o poss vel a concep o de objetos VRML capazes de respostas a solicita es externas e altera o de atributos dinamicamente 5 2 Concep o de Objetos e suas Propriedades F sicas Definidas as tecnologias de software utilizadas no projeto faz se a modelagem dos objetos atrav s da defini o de seus comportamentos e intera es S o mod
71. an as de ambientes virtuais dinamicamente De acordo com Costa 2000 a sistem tica acima n o est focada em requisitos espec ficos da rea da aplica o que muito importante ao desenvolvimento de sistemas de RV de imers o subjetiva Johnson 1998 Uma outra abordagem composta por quatro etapas modulares apresentada por Kirner Martins 1998 e ilustrada pela Figura 4 1 Tal abordagem se aproxima do modelo em cascata destacado em Pressman 1995 e possibilita maior integra o dos usu rios com o desenvolvimento do produto 68 Requisitos Projeto Defini o das Defini o de usu rios tarefas e intera es tecnologias de entrada e sa da Defini o de requisitos gerais do ambiente virtual Defini o das tecnologias de software e hardware Defini o dos Modelagem dos objetos requisitos espec ficos comportamentos 5 intera es Avalia o Implementa o Avalia o de Defini o e prepara o desempenho das imagens Avalia o da Constru o dos usabilidade objetos 3D Avalia o do valor onstru o do ambientg da aplica o virtual Fig 4 1 Processo de Desenvolvimento de Ambientes Virtuais Observa se que esta proposta n o contempla solu es relativas concep o de um ambiente virtual que seja editor de outros ambientes virtuais uma solu o relativa a meta ambiente 3D capaz de permitir o desenvolvimento din mico de ambientes virtuais Logo s o n
72. antes forma hipertextos Dispon vel lt http www terra com gt Acesso em 12 nov 2000 TORI R FERREIRA M A G V Educa o sem a dist ncia em Cursos de Inform tica In XV Congresso da Sociedade Brasileira de Computa o VII Workshop sobre Educa o em Inform tica Rio de Janeiro 1999 p 581 590 TORI R Maps and Spatial Metaphors in Hypermedia Systems Revista Graf amp Tec v 0 0 27 38 jul 1996 VIRTUAL LABORATORY O s tio disponibiliza uma s rie de applet Java com simula es de diversos experimentos de F sica Qu mica e Circuitos El tricos Dispon vel em lt http www jhu edu virtlab virtlab html gt Acesso em 03 maio 2002 VLAB Oregon O s tio disponibiliza um conjunto de experimentos virtuais interativos concebidos em Java applets Dispon vel em lt http ersey uoregon edu vlab gt Acesso em 02 fevereiro 2002 163 VRMLPAD Parallellgraphis O s tio disponibiliza diversos programas computacionais de grande utilidade para desenvolvimento de ambientes virtuais em VRML Dispon vel em lt http www parallellgraphics com gt Acesso em 02 nov 2000 WINTERS P et al Aprenda em 21 dias Visual J tradu o de Jo o N Rio de Janeiro Campus 1997 662 p ZELEZNIK R MARKOSIAN L LAVIOLA J J FORSBERG S Seamless Interaction in Virtual Reality IEEE Computer Graphics and Applications p 6 9 Nov Dec 1997
73. apresentada solicitando a corre o de dados e o objeto n o inserido no ambiente virtual Descri o do caso de uso Defini o de Objeto de Experimento Fluxo de eventos principal O caso de uso inicia se com a sele o de um objeto de experimento associado a uma widget O sistema solicita atributos deste objeto relativos posicionamento apar ncia propriedades f sicas e rela es com outros objetos de experimento que j tenham sido definidos e inseridos no cen rio virtual Para definir as rela es uma lista apresenta os poss veis objetos de experimento que podem ser associados quele que est em defini o O autor define valores e rela es e pressiona Enter O sistema insere o objeto no ambiente virtual em desenvolvimento Fluxo excepcional de eventos Se o autor definir valores absurdos para atributos f sicos do objeto ou omitir valores necess rios uma mensagem de erro apresentada solicitando a corre o de dados e o objeto n o inserido no ambiente virtual Descri o do caso de uso Defini o de Sensores Fluxo principal de eventos O caso de uso inicia se quando o autor seleciona um sensor atrav s de uma widget O sistema solicita a defini o do local dentro do painel de controle onde o sensor ser localizado e o objeto com quem o sensor trocar mensagens Como os objetos podem enviar mensagens diversas para cada tipo de objeto de experimento selecionado uma lista de valores apresenta qua
74. artes que podem ser coordenadas isoladamente atrav s de linhas espec ficas Como exemplo o objeto helic ptero previamente disponibilizado possibilita definir h lice superior Shaft base esquerda Left Skid h lice posterior Back Shaft e base direita Right Skid Suponhamos a inten o de simular um helic ptero que aciona as h lices al a v o e come a a se mover para frente com uma dada velocidade A segii ncia de instru es necess rias de forma a movimentar diversas partes do objeto seria composta por comandos como Helicopter TopShaft Rotor pan left speed 1 5 para simular movimenta o da h lice superior ou Helicopter BackShaft Rotor pan up speed 2 5 para simular a movimenta o da h lice traseira A uni o de todas estas linhas um Script bastando que o usu rio as coloque nesta ordem na pasta Script e determine sua execu o por um clique no bot o PerformsScript Objetos podem ainda ser destru dos atrav s do comando destroy e assim serem removidos da cena 39 Para verificar a utiliza o do programa em concep o de uma aula de F sica desenvolveu se um estudo de caso de utiliza o do programa visando apresentar o conceito de acelera o e sua rela o com a massa e com a for a aplicada Princ pio Fundamental da Din mica Dois usu rios distintos ser o simulados o professor que comp e a aula e o aluno aprendiz De forma a analisar a atua o da aplica o de uma fo
75. as implementa es do modelo geom trico e comportamental dos mesmos e a utiliza o das linguagens de programa o relacionadas 5 2 1 Objetos de Adorno Fundos de Cenas Artif cios de redu o do campo visual de forma a definir um aspecto importante de um cen rio virtual podem ser opressivos para o usu rio Ames et al 1997 mas h momentos em que tais estrat gias s o necess rias No entanto quando necess rio permitir uma vis o obstru da incluindo um cen rio mais elaborado dotado de uma ambienta o que inclua o c u do mundo virtual e o horizonte distante faz se necess ria a constru o e utiliza o dos fundos de cenas A linguagem VRML prov n s relativos a tais fundos de cenas como o n background Para flexibilizar a inser o destes os prot tipos devem permitir a escolha do mais adequado pelo autor no momento da concep o do A V al m da defini o de novos fundos de cenas pelo desenvolvedor A Figura 5 1 apresenta a defini o da classe Fundo de Cena e objetos relativos esta classe dispon veis para o autor que foram denominados B sico Gramado Praia Fundo de Cena Cor 3 g ngulollumina o flo at 2 gcorSolo Cor 3 g nguloSolo flo at 2 string 7 xtura Solo string A defini o de cor dada por float 3 Cor alteraCorC u Valtera ngulollumina o Q ValteraCorSolo Valtera ng
76. as tarefas envolvidas com o p blico alvo e voltar o desenvolvimento para um dado dom nio forte defini o de um foco de forma a evitar falhas graves na an lise de tarefas do sistema Em face do exposto justificam se pesquisas no sentido de gera o de sistemas para a Internet voltadas para um dado dom nio que permitam a professores a utiliza o de t cnicas de Realidade Virtual como suporte a Educa o em particular por meio de laborat rios virtuais importante destacar que estas t cnicas devem permitir aos educadores desenvolverem seus pr prios mundos virtuais motivando os a experimentar sem barreiras de longo tempo de aprendizado ou de serem obrigados a utilizar solu es did ticas pr definidas O foco deste trabalho est no desenvolvimento de uma plataforma computacional voltada a um dom nio de aplica o que utilizando Realidade Virtual permita a professores desprovidos de conhecimento sobre t cnicas de programa o de computadores desenvolver li es e experimentos virtuais que possam ser utilizadas em aulas tradicionais ou a dist ncia 1 3 Objetivos O objetivo central deste trabalho pois propor e demonstrar a viabilidade de uma arquitetura de sistema que suporte a elabora o de experimentos virtuais interativos de F sica em ambientes tridimensionais que possa ser usado inclusive por professores desprovidos de conhecimento de t cnicas de programa o e Computa o Gr fica Para tanto
77. ava e VRML Dispon vel em lt http www vrmisite com gt Acesso em 10 de abr 2000 SHERMAN W et al Experiences with Virtual Reality applications In PROCEEDINGS OF THE 24TH ANNUAL CONFERENCE ON COMPUTER GRAPHICS amp INTERACTIVE TECHNIQUES SIGGRAPH 97 USA 1997 p 473 476 SHNEIDERMAN B Designing the User Interface Strategies for Effective Human Computer Interaction 24d Edition Ed Addison Wesley USA 1992 162 SILVA C A J Uso de Gabaritos Configur veis para Desenvolvimento de Interfaces Virtuais In 1 WORKSHOP BRASILEIRO DE REALIDADE VIRTUAL WRV 97 S o Carlos S P 1997 p 81 90 SILVA T A OS RIO F Modelagem de objetos 3D em VRML Uma implementa o multiplataforma orientada ao ensino In F WORKSHOP ON VIRTUAL REALITY WRV 2000 Gramado RS Brasil out 2000 p 16 18 SILVEIRA PELLEGRINO M R S Modelagem de S lidos Aplicada Constru o de Mundos Virtuais In 1 Workshop Brasileiro de Realidade Virtual WRV 97 S o Carlos S P 1997 p 52 61 SOUZA A OLIVEIRA J Recursos da computa o gr fica para o Desenvolvimento de um Laborat rio Virtual de Teoria Eletromagn tica In XXIX CONGRESSO BRASILEIRO DE ENSINO DE ENGENHARIA Porto Alegre Set 2001 TERRA TERRA Portal da Internet brasileiro O S tio cont m uma rea espec fica para educa o onde podem ser encontradas simula es em VRML relativas a F sica e alguns conte dos interess
78. bilitam catalisar efici ncia na aprendizagem usando tecnologias interativas 2 1 2 Educa o Virtual Interativa Considerando os meios relativos a EVI a comunica o mediada por computador suportada pela Internet capaz de habilitar pessoas com interesses comuns separadas por dist ncias f sicas a estabelecerem e manterem prof cuas rela es definindo verdadeiras comunidades virtuais Hiltz Wellman 1997 Considerando os processos que suportam tais relacionamentos s ncronos e ass ncronos Raposo et al 1999 ressaltam alguns problemas vivenciados por tais comunidades relacionados com as barreiras significativas com respeito colabora o na WEB apresenta Um destes problemas refere se n o homogeneidade de tais comunidades De posse destas constata es faz se necess ria uma discuss o relacionada ao meio e forma de aplic lo principalmente como ferramenta educacional 12 De forma a identificar meios Lawhead et al 1997 apresentam as raz es que tornaram a Internet uma ferramenta atrativa para EVI a Acessibilidade ela est acess vel a diferentes usu rios professores e alunos propiciando cursos em reas remotas instru o em qualquer hor rio e pesquisa computacional b Independ ncia de plataformas associada a grande diversidade de sistemas operacionais e hardware existentes c Transparente mudan a em modalidade pode se usar diversas modalidades sem a mudan a do equipament
79. cepcional Se o Desenvolvedor tentar modificar elementos da classe que est sendo apresentada o sistema informa que tal opera o n o poss vel CO Consultar Biblioteca de Objetos do Sistema T Edi o do C digo fonte de novos Objetos de Expe rim ento ds Inser o do Objeto Criado na Biblioteca de Objetos Fig 4 7 Casos de Uso para o Desenvolvedor Descri o do caso de uso Edi o do C digo Fonte de novos Objetos de Experimentos Fluxo de eventos principal O caso de uso come a pela edi o de um c digo para um novo objeto seguindo as caracter sticas da classe a qual este pertencer O Desenvolvedor pode importar um arquivo texto atrav s dos objetos da interface ou editar todo o arquivo referente ao c digo dentro da rea de texto Fluxo de eventos excepcional Se o Desenvolvedor promover erros de sintaxe ao digitar o texto o sistema sinaliza erro de sintaxe atrav s de widgets espec ficas Neste caso n o estar habilitada a fun o de salvar arquivo de objeto Descri o do caso de uso Inser o do Objeto Criado na Biblioteca de Objetos Fluxo de eventos principal O caso de uso est relacionado ao fim da edi o do c digo fonte do objeto que ser inserido que deve estar livre de erros O Desenvolvedor seleciona a op o de salvar o arquivo O sistema verifica erros que porventura existam e solicita o nome do objeto para inseri lo na Biblioteca de
80. com f sica simulada problada de agentes aut nomos In Computacion Visual 1997 Dispon vel em lt http sgio2 cem itesm mx rudomim gt Acesso em fev 1999 SABA F Introduction to Distance Education Distance Educator com S tio que cont m diversos artigos sobre Educa o a Dist ncia Dispon vel em lt http www distance educator com gt Acesso em dez 1999 SALGADO R VRML Gallery of Eletromagnetism by Rob Salgado S tio da Internet que cont m anima es em VRML relacionadas com F sica tais como a Lei de mpere campos el tricos de cargas puntiformes dipolos el tricos etc Dispon vel em lt http www physics syr edu courses vrml electromagnetism gt Acesso em 20 de jan 2001 SALZMAN M et al Learner Centered Design of Sensorily Immersive Microworlds Using a Virtual Reality Interface In PROCEEDINGS OF THE SEVENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON ARTIFICIAL INTELLIGENCE AND EDUCATION Charlottesvillle VA 1995 p 554 564 SANCHES C I PRADO A Framework para Ensino a Dist ncia via Web Ferramentas para Internet Intranet WWW In SIMP SIO BRASILEIRO DE INFORM TICA NA EDUCA O SBIE 2000 Macei AL nov 2000 p 183 190 SCHANK Revolutionizing the Tratidional Classroom Course Communications of ACM 4 12 p 21 24 Dec 2001 SCOTT A The Marriage of Java and VRML VRML Site Magazine S tio que disponibiliza informa es importantes sobre a uni o das linguagens J
81. cript associado a HTML gerando c digos em VRML vi vel j 145 que o navegador capaz de atualizar um dado frame relativo ao c digo VRML sem perda da informa o A mesma proposi o n o funciona adequadamente com o Internet Explorer vers o 5 5 Quanto combina o Java VRML e HTML p de se constatar que erros nos applet Java geralmente n o originam mensagens de erro e causam o travamento do programa navegador A partir das avalia es dos prot tipos por professores desprovidos de conhecimentos de t cnicas de progr ama o e de Computa o Gr fica p de se concluir 1 ii a implementa o da arquitetura avaliada como muito til viabilizando a solu o de um laborat rio de conte do exclusivamente virtual que pode enriquecer e complementar o ensino de F sica a arquitetura proposta permite a realiza o interativa de experimentos de F sica por alunos do Ensino M dio podendo ser utilizada no ensino presencial ou a dist ncia os avaliadores ficam motivados com a possibilidade de utiliza o de t cnicas de Computa o Gr fica e RV sem a necessidade de pr vio conhecimento de t cnicas espec ficas ou do aprendizado de tecnologias a solu o proposta na concep o de experimentos virtuais permite a visualiza o intera o e experimenta o de t picos geralmente qualificados pelos aprendizes como muito abstratos ou de dif cil visualiza o que relatam satisfa o no at
82. da mola que importante na an lise de vari veis f sicas do movimento como o per odo de oscila o que dado pela equa o 1 onde m representa a massa do sistema fixo mola e k a constante el stica da mola 21 a Para prover a modifica o da constante el stica da mola e a visualiza o da oscila o o autor definiu um cen rio virtual composto por uma mola e por uma massa associadas um painel de controle onde est o situados um atuador de disparo para visualiza o do movimento um atuador que modifica a constante el stica da mola e um sensor que apresenta o valor atual da constante el stica Com tal configura o uma mensagem enviada pelo objeto atuador altera a constante el stica do objeto mola e muda o comportamento do sistema em termos de seu per odo oscila o A Figura 5 24 apresenta o resultado da defini o visto na interface de experimenta o Cen rio Virtual Painel de Controle com Atuadores e Sensor Fig 5 24 Sistema Massa Mola 125 O painel de controle cont m dois atuadores para controle Oscilar e VariarK Ao clicar sobre o bot o Oscilar atuador de ativa o do experimento a mola inicia um processo de oscila o O bot o VariarK atuador de varia o do valor da constante el stica altera dentre dois valores definidos o valor da constante el stica da mola e o Sensor do painel de controle apresenta o valor corrente O sistema representado possui compor
83. de Virtual que justificam desenvolvimentos nesta dire o 2 2 Realidade Virtual A express o Realidade Virtual RV possui diversas defini es devido natureza interdisciplinar da rea e da sua evolu o Segundo Kirner 1997 pode se definir 15 Realidade Virtual como uma forma das pessoas visualizarem manipularem e interagirem com computadores e dados extremamente complexos na qual id ias como imers o intera o e envolvimento com o ambiente virtual s o consideradas b sicas e fundamentais Uma das principais vantagens desta tecnologia o envolvimento amplo de sentidos do ser humano na intera o homem m quina Desde as primeiras proposi es com a simples utiliza o de exibi o de v deos at as mais modernas formas de implementa o de RV diversas t m sido as aplica es de tais t cnicas como entretenimento treinamento apresenta o de prot tipos e educa o Encarna o Gobel 1994 Sherman et al 1997 As raz es desta ampla diversidade de aplica es est o fundamentadas em diversos aspectos Alguns deles s o discutidos nas pr ximas linhas Considerando sons e imagens usando RV pode prover gera o din mica propiciando grande envolvimento do usu rio e experi ncias mais real sticas Ao mesmo tempo podem ser usados equipamentos especiais que podem verificar v rios movimentos do corpo do usu rio de forma a prover maior envolvimento e intera o Com o uso de ambientes virtuai
84. do cen rio cadeiras mesas portas de entrada e de sa da Para sele o do tipo de experimento que se deseja desenvolver o usu rio clica no arm rio que se abre apresentando kits referenciados sele o do kit um menu widget 3D permite que se estratifique ainda mais o experimento desejado Por exemplo ao abrir o arm rio de Din mica o acesso ao kit de Cinem tica permite escolher por intera o direta com o AV atrav s de menus entre desenvolver experimentos 94 de movimentos uniformes ou uniformemente variados A escolha promove a abertura de uma nova p gina Web para suportar o desenvolvimento Em p ginas de elabora o dos experimentos virtuais objetos de interface widgets estar o dispon veis para que o usu rio possa inserir e retirar elementos seja na cena propriamente dita seja no painel de controle al m de definir valores de atributos e armazenar as altera es em arquivos por ele definidos A inser o amp objetos se d com a sele o do mesmo no kit e arraste do mesmo para a mesa de simula o A remo o ocorre no sentido inverso Assim ao arrastar um carrinho por exemplo para um experimento de movimenta o do mesmo movimento uniformemente acelerado a partir da aplica o de uma dada for a ser necess rio definir a massa do mesmo a for a aplicada o tipo de terreno para an lise de for a de atrito e o tempo de simula o A Figura 4 10 apresenta o esquema b sico deste tipo de in
85. e representado na Figura 4 3 S o componentes do sistema a Subsistema de Cria o de Experimentos que permite ao usu rio tipicamente um professor acessar o sistema para criar experimentos virtuais de F sica compostos por ambientes virtuais em que figuram duas reas cen rios virtuais e pain is de controle utilizando se de conjuntos de objetos dispon veis no ambiente em uso que um meta ambiente Este usu rio denominado autor b Subsistema de Atualiza o de Bibliotecas de Objetos que permite a cria o manuten o e amplia o da bibliotecas de objetos disponibilizados que s o utilizados na composi o dos ambientes virtuais relativos aos experimentos de F sica Tais modifica es devem prover condi es de melhoria dos elementos dispon veis nos kits 73 de experimentos O usu rio deste sistema geralmente um conhecedor de linguagens de programa o e computa o gr fica sendo denominado desenvolvedor Interface para o Experimentador Conjuntos de Kits de Experimentos Experimentos de Demonstra o Experimentos Desenvolvidos Interface para o Autor Interface Gr fica com os Usu rios GUI Interface para o Desenvolvedor Subsistema de Cria o de Experimentos Subsistema de Atualiza o da Biblioteca de Objetos Biblioteca de Objetos Fig 4 3 Vis o Geral dos Componentes do Software LVF c Conjunto de kits de Experimentos relativo bibli
86. e Experimentos Fluxo de eventos principal O caso de uso come a quando o autor seleciona a op o relativa nova associa o entre objetos de experimento O sistema apresenta uma lista com todos os objetos de experimentos e uma segunda lista vazia Quando o autor seleciona um dado elemento na primeira lista s o apresentados na segunda lista todos os objetos com as quais este objeto pode se relacionar Selecionado o elemento na segunda lista uma solicita o de associa o entre objetos apresentada O autor deve definir a forma de rela o atrav s desta solicita o Se a rela o for v lida o ambiente alterado de forma a atender esta defini o Fluxo excepcional de eventos Se o autor tentar definir uma forma de rela o n o v lida entre dois objetos o sistema n o processa a solicita o e envia uma mensagem de erra 81 Descri o do caso de uso Estabelecimento de Rela es com Atuadores e Sensores Fluxo de eventos principal O caso de uso come a quando o autor seleciona a op o de nova associa o com sensor atuador O sistema lista os sensores e atuadores em uma lista e apresenta uma segunda lista vazia Com a sele o de um dos sensores ou atuadores nesta lista a segunda lista apresenta os objetos com as quais este elemento pode ser associado considerando os atributos dos objetos de experimento e o tipo de sensor atuador selecionado O autor deve selecionar um ou mais elementos da segunda lista
87. e comportamental importante selecionar por funcionalidade as classes e definir aspectos da intera o entre objetos e destes com os usu rios Durante estas defini es podem surgir d vidas quanto ao agrupamento dos objetos j que as m ltiplas intera es tendem a tornar tais agrupamentos menos identific veis A evolu o do ciclo de vida e a constru o de prot tipos tornam tais defini es mais claras com identifica o das classes necess rias Para atingir tais objetivos uma boa estrat gia definir objetos simples inst ncias de classes relacionados a um caso de uso espec fico e estender a solu o visando satisfazer outros pontos do projeto do sistema similar estratificar para visualizar sistema como um todo Na estratifica o a intera o com usu rios permite definir construir e avaliar rapidamente um dado prot tipo Como resultado h uma melhor defini o das classes o que contribui para a coes o flexibilidade do sistema e reutiliza o A partir da proposta de estratifica o uma sa da desenvolver algum s subproduto s como prot tipo s validar o s mesmo s e avaliar os desafios para desenvolver novos subprodutos A defini o das classes nesta estrat gia bottom up de forma que a partir de objetos definidos no s subproduto s pode se observar necessidades do sistema que se pretende desenvolver Os subprodutos apontam objetos necess rios relacionamentos entre objetos e destes
88. e configura o A proposta acima reflete um ciclo de vida din mico capaz de permitir a manuten o 2 do sistema atrav s de seu aprimoramento e de uma an lise de riscos constante 72 importante destacar que o sistema pode ter novas solu es de implementa o dependendo da necessidade e dos resultados dos projetos Mas ao mesmo tempo defini es da fase de an lise e requisitos n o necessitam ser refeitas No desenvolvimento do sistema proposto ser o cumpridas as diversas etapas apresentadas na Figura 4 2 Resultam da fase de implementa o prot tipos que durante o desenvolvimento do sistema podem vir a ser reutilizados ou descartados visando melhorias de qualidade e redu o de manuten o As se es seguintes detalham a etapa de Requisitos e de Projeto No cap tulo cinco s o apresentados prot tipos de testes que demonstram a viabilidade do projeto e no cap tulo seis as avalia es de trais prot tipos por clientes do sistema relacionada com a Fase de Avalia o 4 1 4 Vis o Geral do Sistema Booch et al 2000 sugerem que um sistema pode ser decomposto em uma cole o de subsistemas para decomposi o da complexidade em partes quase independentes Tais subsistemas em um n vel de abstra o mais baixo podem constituir de fato um novo sistema O software proposto denominado Laborat rio Virtual de F sica LVF constitu do de dois subsistemas e de um conjunto de kits de experimentos conform
89. e e a acelera o Amaldi 1995 Alvarenga M ximo 1998 prop em experi ncias envolvendo a compara o da aplica o de for as de mesmo m dulo sobre dois ou mais elementos de massas diferentes como carrinhos de laborat rio O resultado percebido pelo aluno neste caso a varia o da velocidade adquirida por corpos de massa diferentes sob a o de for as resultantes de mesmo m dulo Em tais experimentos os autores sugerem que alunos sejam levados a observar a velocidade que cada corpo adquire que fun o da acelera o a ele aplicada atrav s da experimenta o O resultado deve refor ar o conceito que a acelera o depende 129 inversamente do valor da massa do corpo supondo a mesma for a aplicada a todos os elementos envolvidos com o experimento Em condi es reais de experimenta o fatores como o atrito e a resist ncia do ar acabam por interferir nos resultados mensurados pelos alunos No entanto o resultado final caso o aluno promova o experimento est associado boa fixa o do conceito fundamental da Din mica e a melhoria do aprendizado da no o de in rcia de um corpo relacionado com a Primeira Lei de Newton Visando introduzir tais experimentos os prot tipos do laborat rio virtual desenvolvidos e disponibilizados aos autores apresentam a objetos de experimento relacionados a carrinhos que t m massa vari vel e qual podem ser associadas outras massas b atuadores que permit
90. e objetos sensores atuadores e de cen rio Neste caso cabe ao prot tipo do sistema verificar associa es inadequadas e n o permitir defini es incorretas 3 a defini o dos objetos de interface 3D que ser o utilizados para atualiza o de atributos dos objetos do cen rio virtual Nesta hip tese o autor pode escolher inserir um menu que modifique a massa ou a for a aplicada a um dado carrinho sele o do experimentador dando condi es de melhorias da intera o com o experimento definido Neste estudo de caso o autor optou pela seguinte segii ncia de defini o do experimento virtual 1 defini o do fundo de cen rio e do tipo de superf cie onde os m veis se deslocar o com uso da op o no applet relativa Figura 6 2 simples Fig 6 2 Menu de Sele o do Fundo de Cen rio 2 inser o do primeiro objeto de experimento denominado Carro 1 com a defini o de atributos relacionados a este objeto que s o obrigat rios valores de massa for a aplicada e posi o do m vel no cen rio virtual Figura 6 3 132 Fig 6 3 Defini o de Atributos do Carrinho 1 no Applet 3 inser o do segundo m vel e defini o dos atributos de forma que o segundo m vel tenha massa diferente do primeiro O cen rio virtual agora fica constitu do de dois m veis diferentes A Figura 6 4 apresenta uma tela relativa ao instante de defini o da posi o do segundo m vel com destaque par
91. e surgir uma comunidade virtual distribu da ou seja o conjunto de pessoas que interagem em um ambiente virtual distribu do As pessoas podem simplesmente se divertir discutir id ias ou at mesmo participar de aulas em laborat rios virtuais comandadas por professores virtuais A Figura 3 20 representa uma das possibilidades de uso do AVIT atrav s da navega o em um museu virtual onde o usu rio encontraria obras como a Mona Lisa e a Santa Ceia Observa se uma janela de apresenta o de um mundo virtual simulando um museu ao ar livre concebida em VRML uma rea de bate papo chat com a possibilidade de envio e recebimento de mensagem desenvolvida sobre um applet Java alguns objetos que simulam avatar e descri o do usu rio e a sele o de conex o com o servidor Uma segunda pasta apresenta usu rios conectados e suas caracter sticas utiliza o inicia se com a escolha de uma representa o avatar que simule o usu rio e que ser inserido no cen rio virtual Ap s escolha o usu rio solicita conex o e passa a navegar simultaneamente com outros usu rios passando a interagir com o mundo Conex o Usu rios Escolha um Avatar Seu nome compli Apelido Seu e mai Informa es Adicionais opcior rea de Che Digite aqui sua mensag 4 C E ar TE OFER 81 Conclu do Internet Fig 3 20 P gina WEB do Programa AVIT P gina Inicial A implementa o foi desenvolvida co
92. eatro elementos de cena e personagens O s tio da apresenta o http www vrmldream com permitiu que diversos espectadores pudessem assistir pela rede mundial uma pe a teatral completa Chen et al 1997 relatam a constru o pela Silicon Graphics do O2 um novo tipo de esta o de trabalho multim dia e a incorpora o de uma nova experi ncia em termos de interface para introduzir a cada novo usu rio a capacidade total de sua nova m quina Tal interface multifuncional e multim dia com documenta o demonstra es e interface espec fica foi criada com HTML VRML e Java Script Esta forma foi uma oportunidade de demonstrar que 3D usando VRML uma t cnica de interface para simula es em larga escala e de forma comercial Lawton 1999 apresenta dentre outros trabalhos a concep o que a CNN 2000 uma das grandes corpora es de comunica o nos E U A apresenta em seu s tio na Internet de fen menos meteorol gicos usando VRML imagens de alta resolu o e frames em HTML Tais simula es evidenciam a possibilidade de utiliza o linguagem para apresentar situa es reais e permitir a usu rios visualizar fen menos f sicos reais como um ciclone Fig 3 1 Reddy et al 1999 exploraram o potencial de VRML para mapeamento de terrenos atrav s do projeto Terra Vision composto por mapas 3D com dados espaciais sobre terrenos Os autores apontam como grandes vantagens da linguagem e que propiciaram o
93. ecess rias altera es no ciclo de vida proposto na Figura 4 1 de forma a adequ lo s proposi es desta forma de solu o Nestes meta ambientes 3D um dos recursos dispon veis a capacidade de permitir a associa o din mica entre objetos de cen rio e destes com os objetos de controle por meio de defini es providas pelo usu rio que o respons vel pela cria o dos ambientes a serem produzidos A Figura 4 2 apresenta uma proposta para o ciclo de vida deste tipo de desenvolvimento a partir de altera es efetuadas no ciclo de vida representado pela Figura 4 1 69 Requisitos Projeto Defini o das tecnologias de entrada e sa da Defini o de requisitos Defini o das gerais do ambiente virtual Defini o de usu rios tarefas e intera es tecnologias de software hardware odelagem dos objetos comportamentos intera es Defini o dos requisitos espec ficos Avalia o Implementa o Avalia o de Constru o dos objetos desempenho do meta ambiente Avalia o da Constru o dos usabilidade Objetos de Interface Avalia o do valor Constru o do da aplica o meta ambiente Configura o Defini es dos Objetos de cada cena Defini o das rela es entre objetos de cena Gera o do Ambiente Virtual desejado Fig 4 2 Altera es no Ciclo de Vida de Desenvolvimento As altera es est o relacionadas co
94. elados alguns componentes para a biblioteca de objetos de forma a viabilizar a elabora o dos prot tipos das fases de configura o e teste do sistema Durante esta etapa s o modelados objetos do meta ambiente objetos atuadores e sensores objetos de experimentos objetos de adorno menus sensores e atuadores 3D Na fase de modelagem ser o necess rias simula es de propriedades f sicas dos elementos que s o inseridos nos prot tipos De forma a simular propriedades f sicas dos objetos de um mundo virtual m todos correspondentes a comportamentos f sicos descritos por scripts JavaScript s o indispens veis Cardoso et al 1999 A inser o de c digos JavaScript dentro de um arquivo que define elementos 3D em VRML pode ser feita atrav s do n Script Ames et al 1997 Lawton 1999 e da correta associa o de eventos de entrada eventin e de sa da eventOut Por outro lado de forma a implementar as interfaces de configura o e do desenvolvedor faz se uso da linguagem Java Java ser inserida em prot tipos visando prover acesso a arquivos que cont m objetos ou experimentos permitir a intera o com os ambientes virtuais atrav s de applets desenvolvimento de aplicativos independentes As se es seguintes destacam aspectos de implementa o de objetos que comp em os prot tipos desenvolvidos S o real ados itens relevantes relacionados s caracter sticas 103 d
95. em p ginas da WEB como se fossem arquivos de imagens Java usada para desenvolvimento de programas independentes na forma de aplicativos ou para cria o de applets que associados a p ginas da WEB executam uma dada tarefa no ambiente hospedeiro o navegador As applets no entanto apresentam algumas limita es que variam de acordo com a velocidade da rede processador local navegador a por serem programas os navegadores necessitam impor uma s rie de restri es de seguran a que dificultam o desenvolvimento de aplica es interativas b n o podem ler ou escrever arquivos na m quina cliente criando dificuldades ao desenvolvimento de aplica es interativas 24 c n o t m acesso a algumas informa es do sistema tais como mem ria dispon vel podendo causar infra es ou viola es d applets podem ser extensos e demandarem muito tempo de transmiss o e carregamento O ciclo de desenvolvimento de um applet envolve a cria o do c digo fonte e dos arquivos HTML para ativ los a compila o dos fontes em bytecodes o teste dos bytecodes com um appletviewer ou navegador a detec o e remo o de erros com uso de um depurador e a transmiss o da applet para o diret rio correto no servidor de WEB Chan et al 1999 Para manuseio de imagens a API Java2D estende os mecanismos do pacote Java awt permitindo a manipula o e visualiza o de imagens bi dimensionais al m de textos cores imagens
96. em simular a aplica o de for as externas de diferentes intensidades nos objetos de experimentos c sensores relacionados a apresentar valores de massa for a e velocidade dos objetos de experimento e que sofrer o a o das for as externas d objetos de adorno relativos a simula o de superf cies de sustenta o dos objetos de experimento como mesas ou solos por onde os carrinhos ser o arrastados Para criar um experimento a partir do laborat rio virtual prot tipo o autor deve acessar o sistema atrav s da Internet navegar no ambiente virtual do laborat rio e de forma a criar um experimento relativo Din mica escolher o kit de desenvolvimento relacionado com a Segunda Lei de Newton dentre as diversas op es disponibilizadas A Figura 6 1 apresenta uma parte do ambiente virtual visualizada quando o autor opta por acesso aos kits de Din mica simula o de um arm rio que cont m alguns kits de laborat rio Escolhido o kit cabe ao autor a defini o dos elementos que compor o o experimento virtual No prot tipo desenvolvido tal escolha feita atrav s dos objetos de interface definidos em um applet Java que s comunica com o cen rio virtual e com o painel de controle e permite a altera o din mica destas duas se es do Ambiente Virtual AV Conforme definido na especifica o do sistema as altera es providas pelo autor s o imediatamente apresentadas no AV 130 Dinamica 2 Lei Newton Pe
97. ens de programa o abertas e ser independente do sistema operacional e permitir a incorpora o de novos objetos que porventura venham a ser definidos com a inser o dos mesmos na biblioteca de objetos provendo utiliza o para a constru o de experimentos de F sica desde que a defini o esteja em acordo com os modelos de objetos que fundamentam o sistema f permitir a realiza o de experimentos virtuais de F sica de forma n o imersiva em 1 pessoa em cen rios virtuais relacionados propiciando condi es de melhoria do estudo aprendizado individual de forma motivadora Os prop sitos do sistema ser o avaliados por diferentes clientes do sistema alunos e professores que desprovidos de conhecimentos t cnicos de Computa o Gr fica e Realidade Virtual consigam desenvolver experimentos virtuais de F sica atrav s do sistema sem a necessidade da utiliza o de ambientes virtuais previamente concebidos 4 1 2 Restri es S o restri es do sistema a permitir desenvolvimento e visualiza o de experimentos de F sica no dom nio relativo a todo conte do do ensino m dio 2 grau n o suportando por exemplo experimentos relacionadas relatividade b exigir a defini o dos relacionamentos entre elementos de cena n o provendo associa es autom ticas entre elementos e destes com sensores ou atuadores 67 4 1 3 Metodologia de Desenvolvimento Com o prop sito de desenvolvimento de
98. ens de programa o ou um programador VRML qualificado como desenvolvedor na defini o do sistema possa inserir novos objetos por ele elaborado compat veis com as defini es de classe no sistema o aprimoramento e a extens o da biblioteca de objetos com aumento da quantidade de objetos relativos a objetos de adorno de experimentos e de interface o desenvolvimento de novos prot tipos com utiliza o de outras linguagens de programa o em especial a verifica o da adequa o a este prop sito da linguagem X3D dita sucessora do VRML 2 0 que apresenta melhorias nos aspectos relacionados a orienta o a objetos atrav s de n s proto que permitem melhor defini o e reutiliza o de objetos a evolu o dos prot tipos do sistema de forma a suportarem toda a defini o do experimento virtual desejado por intera o direta do autor com elementos do laborat rio virtual contemplando os requisitos da arquitetura Desta forma seriam geradas interfaces que permitem que um dado autor selecione dentre uma s rie de objetos dispon veis no cen rio virtual um nico objeto arraste o para uma posi o particular como ficar sobre uma mesa de laborat rio e defina os atributos dos objetos que compor o um dado experimento como se estivesse em um laborat rio real 147 Anexo e Diagrama de Classes do Sistema 148 Anexo Il SS Avalia o do Programa Gerador de Experi ncias de F sica Avali
99. ensino e difundindo educa o em diferentes locais e regi es do pa s do mundo Sanches 2000 Educa o a Dist ncia EAD h muito considerado como uma forma de aprendizado capaz de preparar profissionais em diversas reas de ensino e pesquisa Niskier 1999 conclui que EAD torna se uma possibilidade instrumento de qualifica o de processo pedag gico e do sistema educacional como um todo ao contribuir de forma significativa para o resgate de valores pedag gicos e propiciar o exerc cio pleno da cidadania A Tabela 2 1 promove uma compara o entre os sistemas de ensino presencial e a dist ncia Aretio 1994 Tabela 2 1 Compara o entre Ensino Presencial e a Dist ncia PRESENCIAL DISTANCIA ALUNOS Resid ncia local Popula o dispersa Situa o controlada Aprendizagem dependente Situa o livre Aprendizagem independente A maioria n o trabalha Habitualmente crian n o trabalha abitua ente crian as A maioria adulta e trabalha adolescentes jovens Realiza se maior intera o social Realiza se menor intera o social A educa o atividade prim ria Tempo integral A educa o atividade secund ria Tempo parcial O pr prio estudante determina o curr culo a ser Seguem geralmente um curr culo obrigat rio seguido DOCENTES Recurso insubstitu vel Recurso substituivel parcialmente Suas habilidades e comp
100. ento com altera es no Carrinho 2 6 2 Resultados de Avalia o dos Prot tipos Atrav s de reuni es com professores de F sica do segundo grau de tr s escolas da cidade de Uberl ndia sendo duas delas particulares e uma delas da rede estadual de ensino foram apresentados os prot tipos 1 dos cen rios comuns do laborat rio virtual 2 de exemplos de experimentos desenvolvidos como o sistema massa mola da imers o de uma espira condutora em Campo Magn tico Fluxo Magn tico Figura 6 14 lan amento de cargas el tricas em campos el tricos Figura 6 15 e magn ticos 140 Fig 6 14 Experimento de Imers o de Espira em Campo Magn tico Para animar a esfera toque uma opcao Para visualizar linhas de campo toque o botao Linhas ou uma das placas do sistema Fig 6 15 Experimento de Lan amento de uma part cula em Campo El trico 141 3 do prot tipo que prov o desenvolvimento de experimentos virtuais relativos Segunda Lei de Newton relacionados com o estudo de caso do t pico anterior permitindo que o avaliador pudesse verificar o desenvolvimento e utilizar um experimento virtual definido por ele mesmo Nos diversos encontros com os avaliadores foram solicitados preenchimentos de question rios de avalia o dos prot tipos conforme o modelo apresentado no Anexo II Os resultados de avalia o dos usu rios apresentam resultados promissores uma vez que os professores apontam que o software
101. entos com n s 106 5 6 Defini o da Classe 107 Fig 5 7 Defini o Geom trica do Objeto 108 8 Classe Objeto Rido mistas nara menant A SS a 109 Carinho Laborat rio iara lo data draft 110 Fig 5 10 Objetos Carrinho e Menu associados 110 Fig 311 Objeto Gaveteiro ade ado SSD Eu ai gado ERA ATE al a 112 Fig 3 12 Menu Atuador a A 112 Fig 5 13 Objeto Controle Deslizante assa ein pista RASA cana Baiano 113 Fig 5 14 Esquema de Comunica o VRML 115 Fig 5 15 Interface de Cria o de Experimentos 116 Fig 5 16 Fragmento de C digo do applet para Captura dos n s VRML 117 Fig 5 17 Fragmento de c digo que envia dados o plug in 118 Fig 5 18 Fragmento de Texto para tratamento de tokens 119 Fig 5 19 Fragmento de c digo do Tratador de Arquivos applet Java 120 Fig 5 20 Prot tipo de Interface de Coleta de Informa es do 121 Fig 5 21 Resultados coletados pelo applet Java com altera o 122 Fig 5 22 C digo para Coleta de Informa es de N s 122 Fig 5 23
102. envolvida para a World Wide Web na Internet definida por conjuntos de telas p ginas Web com ambientes virtuais de imers o subjetiva e widgets de manipula o direta de elementos de cen rios provendo facilidades de cria o ou reutiliza o de mundos virtuais que apresentam objetos inter relacionados 92 Para que o usu rio possa desenvolver suas pr prias p ginas com as experi ncias desejadas o sistema dever possuir arquivos de aux lio contendo dicas e informa es que se apresentar o conforme a posi o do cursor na p gina que est sendo utilizada pelo usu rio Como a interface estar fundamentada em p ginas Web o usu rio estar experimentando navegar enquanto desenvolve seus prop sitos Analisando as caracter sticas comuns destas interfaces as interfaces do sistema s o constitu das por um Cen rio 3D contendo o experimento virtual j desenvolvido ou em desenvolvimento que cont m os objetos dos experimentos e com os quais o usu rio pode interagir intera es diretas que se d o por manipula o dos objetos da cena proje es perspectivas de um objeto na tela do computador Intera es indiretas ser o suportadas por janelas auxiliares que n o comp em o cen rio 3D apresentado devendo estarem confinadas ao painel de controle ou a reas externas ao ambiente virtual Para prover as manipula es de dados dessas janela s auxiliar es ser o usadas t cnicas para posicionamento com uso de sele o i
103. erem modificados com as widgets 3D que se encontram na Cena atrav s de cliques e arrastes A altera o de par metros faz com que o resultado da nova simula o seja imediatamente apresentado com a varia o das franjas de interfer ncia A Figura 3 28 apresenta dois momentos da simula o onde o usu rio altera as larguras das tr s fendas para a segunda cena A Figura 3 29 apresenta os resultados da varia o do n mero de fendas a princ pio com uma fenda e numa segunda cena a simula o com duas fendas 2 2 a a e 5 2 E Fig 3 28 Simula o da Difra o da Luz Varia o da Largura das Fendas Pos DIS DS rd Mm 2 2 a a Q E Fig 3 29 Simula o da Difra o da Luz com Uma Fenda Dez Fendas 3 3 9 2 Resultados de Utiliza o Segundo Kiril et al 2000 TOP e WebTOP tem sido usado como ferramenta de aux lio a cursos de ptica para alunos de gradua o em tr s diferentes universidades americanas a Mississipi State University MSU b University of North Carolina e c North Carolina A amp T State University Os sistemas foram utilizados de tr s maneiras distintas Primeiro para apresentar conte do de experimentos em uma aula normal Segundo solicitou se dos estudantes a solu o de problemas em casa usando os sistemas Terceiro os sistemas passaram a fazer parte dos projetos d
104. ermite que o usu rio se estiver usando a vers o compat vel com a WEB salve seu trabalho e possa reutiliz lo se necess rio iii n o permite defini es de atributos de cor transpar ncia reflex o e textura dos objetos gerados iv impossibilita a cria o de cenas com mais de um objeto 3 3 4 AVIT Ambiente Virtual Interativo Pesquisadores da Universidade Federal de S o Carlos t m trabalhado na cria o de um ambiente virtual interativo utilizando Java e VRML para concep o de uma plataforma para desenvolvimento de aplica es interativas de Realidade Virtual o AVIT Ambiente Virtual Interativo Ipolito Kirner 2000 49 AVIT um sistema centralizado de RV multi usu rio que atrav s da combina o VRML Java possui dois m dulos o m dulo servidor constru do em Java e o m dulo cliente constru do em VRML e Java Com o uso de um navegador de WEB compat vel e o m dulo cliente um usu rio pode escolher um avatar entrar com seus dados e interagir com outros usu rios conectados simultaneamente O usu rio quando entra no sistema adentra num mundo virtual 3D que pode ou n o ser uma representa o de um cen rio real como um museu virtual Podem ser experimentados um barzinho virtual uma visita a um museu de arte moderna uma transa o banc ria em um banco virtual assistir a um filme passear por um parque entre outros Com o aumento de pessoas que frequentam determinado mundo virtual pod
105. ernet e a pesquisa de semin rios e monografias como parte da avalia o da disciplina v m sendo desenvolvidas via Internet Os resultados s o divulgados 13 continuamente nas p ginas da disciplina de forma a motivar os grupos de alunos intera o A pr pria p gina principal da disciplina objeto de estudo O resultado positivo pode ser avaliado ao final do curso quando os alunos ainda motivados continuam a colaborar com a p gina da disciplina mesmo depois de passados v rios anos de conclus o da mesma Segundo os autores observa se que o estudante motivado acaba por adotar uma postura mais ativa independente e respons vel possibilitando ganhos relacionados a habilidades de comunica o oral e escrita capacidade de pesquisa e comportamento tico dentro de seu pr prio estilo J o professor por sua vez abre m o do papel de autoridade para se tornar um conselheiro guia do grupo orientador facilitador mediador e tamb m exigido em termos de participa o na busca da melhor solu o Pode se concluir que a troca din mica e com grande quantidade de informa es que caracterizam processos deste tipo enriquece conte dos aprimora professores e alunos e torna mais motivante a experi ncia para todos os usu rios O compartilhamento de id ias a colabora o para melhoria do grupo e da informa o disponibilizada os relatos de experi ncias individuais al m da mudan a de pap is torna EVI uma experi ncia
106. es de manuten o e amplia o de c digos de objetos como contemplado no ciclo de vida apresentado na Figura 4 2 A Figura 4 8 apresenta os diversos componentes deste subsistema De forma a controlar tais altera es desenvolvedores possuem senha espec fica para acesso ao sistema Um arquivo de log permite o controle dos acessos efetuados por cada um e cont m as informa es do acesso O M dulo de Valida o do Usu rio controla os usu rios que t m acesso Caso usu rios n o cadastrados tentem acessar o sistema este m dulo n o permite o acesso ao m dulo Editor de Textos 89 Interface para o Desenvolvedor Erros Erros Dados de Atualiza o int ti L xicos Sint ticos Arquivos M dulo de Analisador Analisador Valida o L xico Sint tico Le Editor de Textos Tratador de Arquivos C digos Fontes peido T de Objetos do m Sistema Virtuais Fig 4 8 Arquitetura do Subsistema de Atualiza o de Objetos O Editor de Textos respons vel pela aquisi o dos textos fornecidos pelo usu rio e pela atualiza o dos dados deste texto na GUI Este m dulo envia os arquivos de entrada ao Analisador L xico que promove a verifica o ortogr fica do texto que est sendo inserido ou alterado pelo usu rio O Analisador Sint tico respons vel pela valida o sint tica deste texto analisando as diversas classes do sistema e o arquivo texto fornecido pelo
107. et ncias s o menos conhecidas Problemas para o design o desenvolvimento e a avalia o curricular relativos forma o especializado do professor Os problemas anteriores dependem do professor Os problemas anteriores dependem do sistema COMUNICA AO RECURSOS o mido massivo de meios Suas habilidades e compet ncias s o muito difundidas Problemas normais em design desenvolvimento e avalia o curricular A an lise da tabela permite identificar que EAD prov condi es de aprendizado ass ncrono dispensado o formalismo e a necessidade de encontros constantes entre aprendiz e professor Em um pa s da dimens o do Brasil esta caracter stica especialmente importante Uma das principais cr ticas ao ensino a dist ncia est exatamente na fraca intera o da comunidade envolvida Com respeito ao papel do professor percebe se que o mesmo 10 passa ser um guia para o aprendiz ao inv s de um juiz fazendo o papel um tutor ao inv s de um educador na concep o da palavra Do ponto de vista dos recursos e da comunica o a an lise da Tabela permite constatar que a comunica o utilizada para EAD est fortemente centrada em utiliza o de multim dia podendo ser efetuada com separa o em espa o e tempo entre professor e aprendiz Por esta raz o h possibilidade e at necessidade de diversos professores estarem envolvidos na produ o do material a ser utilizado em EAD j
108. gado a voltar a uma p gina que contenha links para todas as simula es 59 A Cena cont m a representa o tridimensional do fen meno ptico utilizando VRML para implementa o e ocupando maior parte da p gina Web Usualmente constitu da de uma grande variedade de elementos da ptica que podem ter seus par metros modificados por manipula o direta Quando o usu rio passa com o cursor sobre elementos da cena que constituem uma widget um texto explica o que pode ser manipulado com esta widget O Console corresponde a um applet Java que cont m alguns par metros que podem ser modificados pela entrada de dados feita pelo usu rio atrav s do teclado al m de informar os valores atuais dos par metros do experimento em curso O Menu de Atividades lista as cinco atividades b sicas dispon veis a M dulos atividades relacionadas com exibi o de simula es b Controles apresenta outras p ginas Web que explicam como usar o navegador VRML e como mudar valores de par metros dos elementos de cena Trata se de um conjunto de textos destinados a novos usu rios Teoria ativa segii ncia de p ginas Web que cont m a teoria relativa ao m dulo corrente Cont m um conjunto relevante de notas essencial para o aprendizado te rico correspondente ao m dulo d Exemplos leva a um documento HTML que uma lista das sess es WebTOP previamente definidas e demonstram bem o que pode ser feito com os m dulos e Exerc c
109. gamento alterarComprimento capaz de definir o comprimento do objeto no cen rio virtual Considerando a modelagem geom trica adotou se a solu o de promover extrus o de uma forma circular de raio de Se o igual a raioSe o em torno de uma h lice definida pelos atributos spine nEspiras e comprimento conforme ilustra a Figura 5 7 Atributos como a cor da mola s o associados com elementos da geometria como o campo diffuseColor que est inserido dentro do n appearance do c digo fonte em VRML A cria o da espinha que cont m a linha b sica se d com uso do n extrusion que suporta tal modelagem Fig 5 7 Defini o Geom trica do Objeto Mola Do ponto de vista comportamental necess rio permitir que esta mola se deforme e possa oscilar segundo a lei de Hooke Para prover tal solu o uma fun o JavaScript permite reconstruir a mola modificando a espinha sempre que necess rio Um conjunto de fun es definidas dentro de um n script descrevem estas opera es e cont m entradas relacionadas com os atributos e com as mensagens que podem ser recebidas ou enviadas pelo objeto Como nova mensagem permitido o recebimento de um novo valor de alongamento para a mola dist ncia entre duas espiras consecutivos Neste caso ativada uma fun o que calcula a nova espinha e a envia para a fun o modeladora Esta troca de informa es 109 entre as fun es que definem um novo alongamento ou um co
110. html2 html gt Acesso em nov 1999 PAUSCH R D WILLIAMS Quantifying Immersion in Virtual Reality In Proceedings of the 1997 ACM Siggraph annual conference on Computer Graphics 1997 p 13 18 PHYSICSWEB PhysicsWeb resources S tio que re ne anima es em F sica utilizando VRML e Shockwave na forma de um laborat rio virtual de F sica Dispon vel em lt http www physicsweb org TIPTOP VLAB gt Acesso em 05 de nov 2000 PIERCE S J et al Alice Easy to Use Interactive 3D Graphics In Proceedings of the 10th annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology 1997 77 PINHO M VII Simp sio Brasileiro de Inform tica na Educa o Documento sobre a utiliza o de Realidade Virtual como Ferramenta na Educa o que foi apresentado como Tutorial do Simp sio Brasileiro de Inform tica na Educa o SBIE 96 Belo Horizonte 1996 Dispon vel em lt http grv inf pucrs br Pagina Educa educa htm gt Acesso em set 1999 160 PINHO M Intera o em Ambientes Tridimensionais Tutorial do 3 WORKSHOP ON VIRTUAL REALITY 2000 Gramado RS Outubro 2000 PINHO M Grupo de Realidade Virtual da Pont ficia Universidade Cat lica do Rio Grande do Sul PUC RS Dispon vel em lt http grv inf pucrs br gt Acesso em 10 de nov 2000 PRESSMAN R Engenharia de Software Trad de Jos Carlos Barbosa dos Santos S o Paulo Makron Books 1995 PSS SCIENCESPACE
111. ibilizando pela Internet conte dos que podem ser teis ao aprendizado tem 25 levado diversos programadores conceberem applets que se prestam a ilustrar conceitos demonstra es permitindo seu uso como ferramenta para a educa o virtual interativa Labvirt 2000 um exemplo desta forma de aplica o que pode ser visualizado no s tio do Instituto de F sica da Universidade de S o Paulo USP O conte do do s tio apresenta uma enorme cole o de applets Java capazes de apresentar simula es de conceitos e leis da F sica Uma possibilidade de aplica es relacionadas a Java e Internet para fins educativos refere se ao desenvolvimento de ambientes cooperativos CSCW Computer Supported Cooperative Work que permitam a concep o de grupos de trabalho com aux lio de computadores Bom exemplo desta forma de desenvolvimento o projeto Jets 1998 Java Enabled Telecollaboration System um sistema totalmente implementado em Java pela Universidade de Ottawa que pode ser considerado como uma API para o desenvolvimento de applets multim dia compartilhados que prov mecanismos de controle de acesso consist ncia e passagem de dados e informa es O sistema prov applets de whiteboard multim dia compartilhados visualizador VRML e applet gerenciador de sess o de forma que todos os participantes t m acesso aos applets compartilhados 3 1 2 VRML VRML ou Virtual Reality Modeling Language tem sido aplicada em diverso
112. ich float f new float 3 f state getValue String temp Float toString f 0 String templ Float toString f 1 String temp2 Float toString f 2 output setText output appendText valorx output appendText temp output appendText Nr output appendText valory output appendText temp1 output appendText Nr output appendText valorz output appendText temp2 temp who String valueOf who output appendText temp who Fig 5 23 C digo para Atualiza o das Informa es do Cen rio Virtual no applet Uma das limita es desta forma de solu o aliando Java a VRML relativa aos navegadores Web algumas vezes tais navegadores n o s o compat veis com as m quinas virtuais Java JVM ou com o plug in VRML 5 3 3 Subsistema de Experimenta o Visando dar condi es visualiza o e intera o dos experimentadores com os experimentos virtuais o subsistema de experimenta o apresenta uma interface composta por um ambiente virtual que suporta intera es diretas com o cen rio virtual do experimento intera es indiretas com um painel de controle 124 Como exemplo de uma interface t pica que apresenta conceitos relativos ao sistema Massa Mola capaz de realizar um Movimentos Harm nicos Simples MHS o experimentador visualiza a utiliza o de um objeto mola associado a um objeto massa Neste caso pode se experimentar a modifica o da constante el stica
113. ientes Virtuais que cont m as defini es dos objetos de forma a obter as informa es dos objetos que o autor pode utilizar A Figura 4 7 representa a arquitetura do Subsistema de Cria o de Experimentos descritos por 87 tres Ambiente Virtual widgets da fornecidos pelo Consulta usu rio Verificador de Erros Interface Externa para Tratamento de Dados de Ambientes Virtuais Dados validados Configurador de Ambientes Virtuais Dados do Ambiente Virtual Gerador de C digo Dados de Objetos Colligo Objeto de xperimento Tratador de Arquivos Objetos dos Ambientes Virtuais Fig 4 7 Arquitetura do Subsistema de Cria o de Experimento Verificador de Erros capaz de analisar os dados fornecidos pelo usu rio e valid los de forma a evitar entradas de dados incorretas que inviabilizariam o processo de defini o do AV relativo ao experimento virtual Configurador de Ambientes Virtuais m dulo de configura o da string tempor ria que ser convertida em c digo de um experimento c digo objeto Este m dulo recebe os dados de entrada do usu rio atrav s dos objetos de interface e do AV corrente e os dados dos arquivos que cont m os objetos 88 verifica as associa es definidas pelo usu rio e promove a atualiza o do ambiente virtual e dos dados de entrada para a GUI Cabe a este m dulo o tratamento de problemas espec ficos de Co
114. ierReport Scooter RespondToCollisionWith ToySoldier ScooterMove Fig 3 11 Script para Demonstra o da Segunda Lei de Newton 40 As linhas um dois definem movimentos para os bra os do soldado de maneira abstrair situa o de levantamento dos bra os para aplica o de for a A linha tr s ordena o movimento do soldado para frente com dura o de 3 segundos Na linha quatro define se uma fun o de forma a nortear o movimento do scooter para frente com dura o de 1 0 s e com velocidade constante de 0 5m s Esta fun o necessita ser ativada para execu o e foi denominada ScooterMove Para ativar a resposta colis o que deve fundamentar a aplica o da for a a linha cinco define que ao acontecer a colis o do soldado com o scooter ativada a fun o ScooterMove que ativa o movimento do scooter A linha seis manda ser executado o movimento do soldado que dispara o processo A linha sete faz com que a c mera se movimente acompanhando o movimento do soldado a cada quadro frame da anima o Os comandos da linha oito apenas imprimem que houve uma colis o entre os elementos do cen rio para controle da opera o e n o influem na anima o em si As figuras seguintes mostram a sequ ncia de movimentos decorrente do Script elaborado e os efeitos visuais Na Figura 3 12 apresentada a situa o inicial vs de grograreas Warid Ee
115. ios ativa um documento HTML que cont m uma lista de exerc cios for ando o usu rio a interagir com o programa de forma a encontrar respostas aos quesitos propostos A implementa o dos m dulos levou em conta a separa o de geometria comportamento dos elementos A geometria est tica armazenada em mundos definidos em VRML enquanto que o comportamento definido pela utiliza o de Java que coordena os elementos da cena atrav s da EAJ H dois tipos b sicos de objetos de interface widgets Widgets 3D que permitem manipula o direta de objetos existentes na cena e prov m uma interface natural e intuitiva de controle de par metros que s o entrada para o sistema f sico apresentado 60 Widgets 2D que est o definidas com o uso de Java e constituem o Console apresentando diversos par metros da simula o provendo controle adicional destes par metros 3 3 9 1 Utiliza o do Sistema WebTOP A utiliza o do sistema se dar por exemplo com a visualiza o da solu o proposta para a Difra o da luz Frounhofer Diffraction supondo que um feixe de luz incida em um anteparo ap s sofrer difra o por fendas Para este fim o usu rio pode atrav s do Console variar o n mero de fendas slits o comprimento de onda que est sendo analisado wavelength alterar a largura das fendas width modificar a dist rcia entre as fendas distance Os par metros acima podem ainda s
116. is atributos 80 podem ser capturados pelo sensor e a escala em que estes devem figurar Definido este relacionamento o autor pressiona Enter Se o sensor e a rela o definida forem v lidos o sistema insere o no painel de controle Fluxo excepcional de eventos Se o autor tentar uma associa o de sensor com objeto de experimento n o v lida apresentada uma mensagem de erro e solicitada a corre o Fluxo excepcional de eventos Se a escala definida pelo autor n o for compat vel com a informa o que enviada pelo objeto de experimento associado uma mensagem de erro apresentada impedindo a inser o do sensor no painel de controle at a devida corre o Descri o do caso de uso Defini o de atuadores Fluxo de eventos principal O autor seleciona por meio de uma widget um atuador O sistema lista os objetos de experimento que permitem atua es e solicita que o autor defina a rela o atuador objeto Al m disto solicita atributos relativos ao nome posi o e apar ncia do atuador Se os valores e as associa es forem v lidos o sistema insere o atuador no painel de controle Fluxo excepcional de eventos Se o autor definir uma posi o para o atuador no painel de controle que n o permita uma boa visualiza o do mesmo uma mensagem de erro apresentada e o atuador n o inserido no painel de controle Descri o do caso de uso Estabelecimento de Rela es entre Objetos d
117. is for PC que faz os c lculos de vari veis do circuito tens o e corrente e gera um arquivo de sa da Tal arquivo lido pelo applet Java que atualiza os ambiente virtual com as informa es recebidas O applet tamb m recebe informa es de modifica es de par metros e aciona o programa para novas simula es se necess rio O sistema permite que notas de aula sejam mostradas em um quadro que simula quadros de aula e a apresenta o de um v deo em uma TV que est situada no laborat rio virtual As principais limita es do programa s o a n o armazena as experi ncias efetuadas pelos alunos para uma posterior avalia o que poderia ser efetuada de forma pedag gica junto ao professor b limita o dos componentes passivos a resistores capacitores e indutores c as fontes volt metros amper metros oscilosc pios e gerador de fun es s o elementos meramente figurativos no mundo n o tendo nenhuma funcionalidade com 55 exce o da fonte que apresentar somente o valor de sua excita o senoidal sem possibilidade de utilizar seus bot es d limita es da apresenta o dos componentes no mundo virtual tendo somente duas posi es de cada componente como por exemplo diagonal horizontal e vertical 3 3 7 Physicsweb Laborat rio Virtual de F sica Physicsweb 2000 refere se com um s tio da Internet que disponibiliza diversas anima es na forma de applet VRML e Schock
118. ite multithreading compila o just in time e utiliza o de c digo nativo 101 Facilidade o ambiente familiar programadores C al m de retirar do programador a responsabilidade por tarefas sujeitas a erro tais como gerenciamento de mem ria e de ponteiros O desenvolvimento de programas aplicativos e applets usando Java pode ser feito em diversos ambientes sendo a maior parte deles do tipo freeware A Sun disponibiliza o kit do desenvolvedor Java JDK que fornece todas as ferramentas b sicas para compilar e executar os c digos em Java JAVA 2000 A Borland disponibiliza um ambiente de desenvolvimento compat vel com os sistemas operacionais Windows e Linux o Jbuilder A Microsoft apresenta o VisualJ compat vel com a fam lia Windows 5 1 3 JavaScript A despeito da semelhan a de nomes JavaScript n o tem rela o com a linguagem Java do ponto de vista conceitual Enquanto Java compilada JavaScript uma linguagem interpretada JavaScript 2001 voltada ao desenvolvimento de programas pequenos scripts O c digo JavaScript lido pelo navegador como c digo fonte Winters et al 1997 Scripts podem se associados ao c digo HTML de uma p gina Web propiciando uma forma acess vel de aumento de interatividade e funcionalidade ou serem inseridos junto ao c digo ASCII correspondente a um arquivo VRML Ames et al 1997 permitindo altera es din micas dos objetos do mundo virtu
119. ivamente e de espa o percorrido pelos m veis 1 e 2 sl s2 respectivamente 137 Dispara Fig 6 10 P gina Web inicial do experimento da Segunda Lei de Newton Com o clique do experimentador sobre o atuador Dispara os tr s carrinhos s o submetidos experi ncia A Figura 6 11 apresenta as posi es dos m veis ap s a aplica o da For a e a Figura 6 12 apresenta detalhes dos sensores de velocidade associados ao painel de controle O experimentador por intera o direta com os elementos do Cen rio Virtual pode atualizar valores dos atributos dos objetos visando uma nova experimenta o atrav s dos menus 3D dispon veis para cada m vel Os valores de faixa de atributos estabelecidos na defini o do experimento que est o dispon veis em cada menu 138 Fig 6 11 Cen rio Virtual e Painel atualizados pela movimenta o dos m veis Fig 6 12 Valores indicados nos Sensores de Velocidade Painel de Controle v3 50 No estudo de caso apresentado o autor definiu que o Carrinho 2 podia ter massa variando de 2 a 8 u m e For a Resultante variando de 1 a 5 N Com a modifica o s valores da For a aplicada a este m vel para 2N ter amos sua movimenta o similar que ocorre para o Carrinho l A Figura 6 13 apresenta o resultado desta simula o considerando tais modifica es 139 5 3 Dispara v2 100 Fig 6 13 Resultado do experim
120. izados como ferramentas de ensino o sistema desenvolvido compat vel com computadores pessoais PC que devem estar conectados rede mundial de computadores Internet Tais computadores podem utilizar diferentes tipos de sistemas operacionais desde que os mesmos possibilitem a utiliza o dos navegadores mais usuais da rede Considerando se as limita es dos sistemas destacadas no cap tulo tr s e real adas graficamente na Tabela 3 1 e com o prop sito de desenvolver uma solu o que preencha todas as caracter sticas listadas simultaneamente o sistema proposto por esta tese visa a propiciar o desenvolvimento de experimentos virtuais de F sica relacionados com Mec nica Cl ssica ptica e Eletricidade e adequados ao dom nio do Ensino M dio para utiliza o de tais experimentos por professores e alunos 66 b possuir uma interface amig vel de f cil aprendizado que permita a utiliza o por n o programadores no desenvolvimento de experimentos virtuais de F sica utilizando t cnicas de Realidade Virtual Para tanto dispor de uma biblioteca de elementos provendo condi es de concep o de cen rios com objetos que comportar se o de acordo com as leis da F sica abstraindo o comportamento real c armazenar os experimentos desenvolvidos de forma a prover reutiliza o de c digo e permitir a difus o destes experimentos tornando os acess veis a usu rios da WEB d privilegiar ferramentas e linguag
121. l cont m o c digo fonte do objeto que o desenvolvedor est inserindo no sistema e que pode ser comparado com a classe que o conter A barra de status indica erros no objeto ou problemas de armazenamento relativos salvar ou carregar arquivos do diret rio que apresentado na rea direita 97 Diret rio de Trabalho Classe do Objeto modelo C digo Fonte Barra de Status Fig 4 12 Esquema da Interface para o Desenvolvedor Definidas os detalhes da arquitetura as classes do sistema as interfaces pode se avaliar as proposi es atrav s da elabora o de prot tipos que correspondam aos subsistemas definidos neste cap tulo Para o desenvolvimento dos prot tipos ser necess rio seguir as defini es para os objetos dadas pelo diagramas de classes apresentados no Anexo 1 compor os m dulos dos subsistemas e respeitar o fluxo de informa es entre os m dulos O cap tulo seguinte apresenta os detalhes de implementa o de prot tipos do sistema bem como a avalia o dos mesmos por clientes do sistema 5 98 Detalhes de Implementa o sa Este cap tulo apresenta detalhes da implementa o dos prot tipos desenvolvidos destacando as ferramentas e tecnologias empregadas al m das principais solu es e dificuldades decorrentes do processo de concep o a b c d Para fins de desenvolvimento dos prot tipos ser o utilizadas as linguagens HTML de forma a
122. liza o de diagramas 2D est mais pr xima do que apresentado em livros que do contexto de um laborat rio virtual Kiril et al 2000 ii os usu rios preferem manusear experimentos concebidos si mesmo que apenas visualizar ou interagir com experimentos pr definidos A utiliza o de solu es pr concebidas acaba por se tornar um fator desmotivador para as comunidades de ensino aprendizado que utilizem tais estrat gias Hiltz Wellman 1997 sistemas capazes de absorverem novos componentes e permitirem que os usu rios armazenem suas altera es para posterior reutiliza o s o mais extens veis provendo maior possibilidade de concep o de novos experimentos iv Johnson 1998 salienta que muito importante que o desenvolvimento de tais solu es esteja vinculado a um dado dom nio de aplica o sob pena de perda dos objetivos e da concep o de solu es pouco contextualizadas v a solu o apresentada em programas como o Alice Pierce et al 1997 ou o WebTOP refor a que a utiliza o de interfaces 3D interativas que dispensam o aprendizado de t picos de Computa o Gr fica tais como transforma es gr ficas modelagem geom trica etc facilitam a utiliza o por um grupo maior de usu rios e devem ser fator de diferencia o na proposi o de sistemas Green Halliday 1996 63 vi a concep o de sistemas que s o compat veis com a Web aumenta muito a possibilidade de utiliza o d
123. m diversas etapas do ciclo Do ponto de vista da an lise visando facilitar a defini o deste tipo de sistema uma boa estrat gia por meio da utiliza o da an lise orientada a objetos prover condi es de melhoria da intera o com o usu rio final para permitir a defini o dos conjuntos de atributos e opera es pertencentes ao seu dom nio de conhecimento de objetos do dom nio da solu o necess ria uma boa sele o de atributos opera es e classifica es p blica privada ou protegida relativas a tais objetos de forma a dar extensibilidade defini o do sistema e a atender requisitos Aspectos relativos aos objetos necessitam ser amplamente discutidos com os usu rios que det m importantes informa es relacionadas com os mesmos e com as possibilidades de intera es A concep o de meta ambientes 3D exige uma acurada an lise de riscos j que o desenvolvimento de ambientes voltados a uma solu o espec fica relacionados com a 70 defini o e desenvolvimento de ambientes virtuais para um fim espec fico mais previs vel Na fase de projeto do ponto de vista de modelagem um bom equil brio entre a funcionalidade e a possibilidade de reutiliza o decisivo na escolha das classes que compor o tais ambientes Uma boa defini o dos tipos de classes e das atribui es dos objetos do processo de intera o com o usu rio e das rela es entre objetos favorece a modelagem geom trica
124. m utiliza o de VRML e Java VRML para simula es do ambiente 3D e do avatar e Java contribui com applets que coordenam a conex o com o servidor intera o entre usu rios e entre usu rio mundo virtual al m de ser fundamental no m dulo servidor O projeto demonstra a viabilidade de uni o Java VRML para elabora o de ambientes virtuais colaborativos na Internet que possibilitem diversos usu rios trocarem informa es e interagirem mediante um mundo virtual sem no entanto permitir que usu rios modifiquem o que est sendo visto ou que criem seus pr prios mundos virtuais 3 3 5 GEO 30 RV no Ensino da Geometria Espacial GEO 3D um software educacional implementado em um ambiente de realidade virtual para ensino de geometria espacial desenvolvido pelo grupo de Pesquisa de Realidade Virtual do departamento de inform tica da UNISC Keller Schreiber 1999 51 O objetivo b sico do programa possibilitar um processo de aprendizagem de t picos de geometria espacial atrav s da intera o explora o descoberta e observa o de s lidos geom tricos O software foi desenvolvido para ser usado em rede atrav s de navegadores compat veis com JavaScript e VRML Usando a integra o de HTML JavaScript e VRML apresenta p ginas interativas onde aprendizes podem navegar e testar seus conhecimentos de aspectos da geometria espacial HTML e JavaScript prestam se a operacionalizar o ambiente para a WEB e VRML para gera
125. ma f brica de anima es para a Web associada uma s rie de links e anima es existentes applets e conta ainda com recursos de comunica o ass ncrona com professores e interessados na rea O s tio cont m um grande conjunto de anima es em Java e links para diversos s tios no Brasil e Exterior que apresentam outros applets ou anima es em VRML e Shockwave provendo condi es de o usu rio solicitar uma consulta a um f sico da USP por email al m de se es relativas a f runs de discuss o indica o de projetos educacionais e artigos selecionados Com o acesso s anima es s o visualizados applets Java relativos a conte dos espec ficos de F sica As Figuras 3 7 3 8 3 9 apresentam uma simula o atrav s de um applet disponibilizado pela p gina da Segunda Lei de Newton contemplando a uni o dos conceitos de massa for a e acelera o Como pode ser visto na Figura 3 7 o applet apresenta um conjunto de For as Forces e um conjunto de Massas Masses al m de campos relacionados com valores num ricos de Energia Cin tica Acelera o Velocidade Dist ncia e Tempo O usu rio deve selecionar a for a e a massa que ser acelerada e o applet se encarrega de apresentar uma anima o de movimento da massa al m de dados relativos ao movimento adquirido pela massa acelerada 33 JJ visao 1 Kimete E MacrosoA Imtermut Explorar moros Formpetas
126. mo de Energia El trica In Symposium on Virtual Reality 2002 SVR 2002 Fortaleza CE oct 2002 submetido 1 Introdu o 1 1 Pre mbulo Tecnologias como Hiperm dia e Realidade Virtual RV oferecem um grande potencial para a evolu o tanto da educa o presencial quanto da educa o a dist ncia pelo fato de possibilitarem o aumento da interatividade abrindo espa o para a chamada Educa o Virtual Interativa EVI Tori Ferreira 1999 A an lise do panorama atual de aplica o das tecnologias interativas na Educa o permite as seguintes constata es 1 ii Internet tem sido amplamente utilizada nos mais diversos segmentos de mercado Grove 1999 inclusive no segmento educacional de tal forma que autores como Hiltz Wellman 1997 apud Slouka s 1995 afirmam que comunica o face a face vem perdendo espa o para a comunica o mediada por computador h proposi es de solu es inovadoras do ponto de vista educacional visando o aprimoramento de m todos de ensino aprendizagem seja com utiliza o de Hiperm dia Dobson Riesbeck 1998 ou Realidade Virtual Byrne 1996 Keller Schreiber 1999 Carswell 1997 et al 2000 compat veis com a Internet h disponibilidade de tecnologias relacionadas Realidade Virtual capazes de proverem condi es de desenvolvimento de laborat rios virtuais educacionais a utiliza o de RV com fins ed
127. mportamento din mico da mola 5 2 4 Objetos de Experimentos Carrinhos Al m de objetos el sticos representados na se o anterior pela mola os prot tipos apresentam defini es relativas a objetos r gidos Estes s o utilizados em experimentos relacionados com a cinem tica ptica geom trica eletricidade etc Um desses objetos o carrinho muito comum em laborat rios para uso em experimentos de comprova o de equa es da cinem tica e valida o de princ pios da din mica como as leis de Newton Para defini o deste objeto devem ser considerados atributos como velocidade escalar velocidade angular coeficiente de atrito al m dos atributos herdados da classe Objetos de Experimento como a massa A Figura 5 8 apresenta a estrutura da defini o da classe Objeto R gido O bjeto de Experimento emassa etem peratura SatualizarMassa SalteratTemperatura gt O bjeto R gido evelocidadeEscalar e veloc idadeAngular gemiss oDeLuz ecomprimentoO ndaLuz ecorLuzEmitida lt TempoExperimento ecoeficienteAtrito Satualizarveloc idadeEscalar SatualizarvelocidadeAngular SalterarC entoO ndaLuz O SalterarEmiss oDeLuz SatualizarCoeficienteatrito Fig 5 8 Classe Objeto R gido 110 A Figura 5 9 apresenta o resultado da implementa o de um objeto Carrinho que tem m todos para atualizar a velocidade escalar e angular al m do coeficiente de atrito Tal objeto est
128. mputa o Gr fica tais como a associa o de transforma es gr ficas Gerador de C digo a partir das defini es da string que cont m as caracter sticas do AV produzido gera o c digo objeto correspondente a um dado experimento consultando dados relativos ao experimento fornecidos pelo autor Uma Interface Externa de troca de informa es dos objetos da Interface de Cria o widgets com os objetos do Cen rio 3D que est sendo desenvolvido Interface 2Dx3D Esta interface constitu da por objetos capazes de interpretar os comandos do usu rio e atualizar a visualiza o dos objetos do ambiente virtual Tal interface ainda capaz de receber dados enviados pelos objetos de cen rio e inform los ao autor Assim quando por manipula o direta um dado objeto arrastado pelo autor no cen rio 3D a informa o de tal altera o passada para o Configurador 4 1 6 4 Subsistema de Atualiza o de Objetos de Experimentos O Subsistema de Atualiza o de Objetos de Experimentos est relacionado diretamente com as classes e objetos que comp em o Cen rio 3D e o Painel de Controle Permite melhorar a biblioteca de objetos dispon veis para o autor por inser o de novos objetos ou altera o de objetos j dispon veis Sua interface mais complexa e exige usu rios mais familiares a conceitos relativos programa o e orienta o a objetos Tal usu rio obedecendo os protocolos do sistema tem condi
129. n rios Dentre as caracter sticas comuns das diferentes interfaces com os usu rios destacam se que os objetos de interface widgets que possibilitam a es do usu rio de forma natural dentro do cen rio 3D apresentado abstraindo seu comportamento dentro de um laborat rio real com intera es diretas tais como tocar um objeto agarr lo e coloc lo sobre uma mesa de experimento O autor por intera o direta com elementos do cen rio e indireta com as widgets pode definir novos ambientes virtuais para seus experimentos modific los armazen los ou acessar demonstra es do sistema e a ajuda on line help H situa es em que s o necess rias as defini es de atributos dos objetos de cen rio como posi o de um elemento sua massa etc Nesta hip tese por intera o indireta o autor deve usar perif ricos de entrada de dados como teclado mouse para inserir tais valores perdendo parcialmente sua imers o no sistema Visando solucionar tais 86 intera es a GUI apresenta um painel que as prov A interface de experimenta o relacionada com o experimentador se relaciona com o pacote de experimentos armazenados e pode ler e modificar atributos se tal caracter stica foi definida para o AV de objetos existentes nos ambientes virtuais relativos a tais experimentos Ao final deste cap tulo uma descri o detalhada das interfaces ser apresentada 4 1 6 2 Conjuntos de Experimentos O componente
130. nceSpace e de sua utiliza o apresenta importantes conclus es relativas utiliza o de mundos virtuais na educa o a saber 1 estudantes apresentam grandes diferen as com respeito ao estilo de intera o com os mundos virtuais incluindo as habilidades para manuseio de ambientes 3D e a capacidade para utilizar os perif ricos sem mal estar ii a imers o n o dispensa outras formas de intera o assim estudantes que est o utilizando um capacete e est o imersos em um experimento virtual s o pouco capazes de acessar instru es escritas ou completar testes escritos Neste caso em particular intera es verbais s o mais adequadas iii os capacetes podem causar desconforto para os usu rios o que leva a crer que em algumas situa es a imers o subjetiva pode ser mais adequada embora esteja relacionada com perda parcial da imers o iv o aprendizado melhorado com repetidas situa es de experimentos assim o aluno consegue reter mais conte do com a repeti o da experimenta o do que com um nico contato com o conte do Tal conclus o refor a argumentos da necessidade de experimentos virtuais dispon veis para reuso em outro tempo e local v uma nova forma de entrega do conte do suportado por RV muito mais motivante e cada altera o provida nos experimentos relativa inser o de novos recursos de intera o tais como a adi o de uma imagem est reo ou a inclus o de um atuador de for a prov
131. ndireta atrav s do mouse t cnicas para defini o de textos com entrada direta atrav s do teclado alfanum rico t cnicas de quantifica o atrav s do uso de scrollbar e t cnicas por apontamento com uso de menus Para suportar d vidas dos usu rios arquivos de ajuda podem ser acessados ao longo da utiliza o e ativar o novas p ginas Web de instru o Os menus utilizados cont m itens habilitados ou desabilitados de forma a evitar erros do usu rio e visando usabilidade A Figura 4 9 apresenta um exemplo de interface inicial para o caso de uso de experimenta o e desenvolvimento de novos experimentos que parte do prot tipo do sistema Composta pela simula o de um laborat rio com portas de vidro e mesas dispostas ao longo de uma sala apresentada no Cen rio 3D equivalente h mesas que cont m representa es dos diversos kits de experimentos onde o usu rio opta por carregar ou elaborar um novo experimento isbor experiencias laterne Eo Ibbor experiencias wi Fig 4 9 Interface Inicial do Prot tipo do Sistema As se es seguintes destacam as varia es da interface adequadas cada caso de uso do sistema apresentados anteriormente neste cap tulo 4 2 1 Interface de Cria o A interface ser uma abstra o com representa o 3D de um laborat rio constitu do por arm rios qualificados por nomes equivalentes a t picos da F sica S o elementos
132. ndulo Choques Energia p Fig 6 1 Selecionando o kit de Experimento Desejado No estudo de caso relatado nesta se o o autor optou por inserir tr s carrinhos de massas diferentes conforme dados da Tabela 6 1 Tabela 6 1 Objetos de Experimento da Simula o Objeto de Experime nto Massa do Objeto Carrinho 2 com massa extra m 2 Carrinho 3 com massa extra m 3 um Supondo que os objetos sofram a a o de uma mesma for a externa de m dulo F cada um deles apresentar diferente acelera o velocidade final e espa o percorrido supondo um dado intervalo de tempo de forma que os experimentadores poder o visualizar movimentos variados para cada um dos objetos da simula o 131 6 1 1 Defini o de Objetos do Ambiente Virtual De maneira a definir tal experimento virtual o autor deve promover a inser o dos objetos no cen rio e definir os componentes do painel de controle que permitir o o disparo do processo de aplica o da for a sobre os carrinhos e a coleta de dados relativos velocidade ou acelera o adquiridas pelos mesmos Durante as inser es de objetos de sensores e de atuadores no ambiente virtual o autor deve promover 1 a defini o de atributos dos objetos de acordo com suas pretens es levando em considera o a natureza dos objetos e suas finalidades 2 a defini o dos relacionamentos para definir as trocas de mensagens que s o permitidas entr
133. nforma o porque t m lembran as melhores daquilo que olharam na cena que os envolve Pinho 1996 apresenta o consenso de que a mesma pode influenciar positivamente o processo de aprendizado sendo que uma das principais justificativas esta influ ncia est na forma de aprendizado que pode ser baseada em experi ncias de 1 pessoa Experi ncias de 1 pessoa s o aquelas na qual o indiv duo conhece o mundo atrav s de sua intera o com ele sendo caracterizado como um conhecimento direto subjetivo e frequentemente inconsciente o aprendiz n o tem a clara defini o que est aprendendo Tais experi ncias s o naturais e geralmente privadas 17 Por outro lado experi ncias de 3 pessoa s o aquelas na qual o aprendiz ouve o relato de uma experi ncia ou aprende a partir da descri o feita por outra pessoa Esta forma de aprendizado objetiva consciente e impl cita Como RV permite a imers o e a explora o individual o aprendiz vive experi ncias de 1 pessoa e explora a informa o como uma experi ncia di ria O Ap ndice II destaca an lises fundamentadas em experi ncias pr ticas de aplica es de ambientes virtuais na educa o sobre vantagens de utiliza o de Realidade Virtual levando em conta as diferentes formas de aprendizado Conclusivamente Bell Foglerl 1995 Pinho 1996 e Meiguins Behrens 1999 apontam como principais vantagens da utiliza o de t cnicas de RV para fins educacionais
134. niciado qualquer movimento do objeto dois d A facilidade de criar e destruir elementos inseridos no cen rio que com um simples clique podem ser adicionados ou removidos bem como a facilidade de navega o usando os movimentos do mouse Conclui se que Alice uma ferramenta til e de f cil manuseio com uma interface amig vel e que permite a utiliza o de diversos objetos de forma a desenvolver cen rios interessantes e experimentos teis que tem como principais limita es a a depend ncia de programas computacionais compat veis com sistema operacional espec fico fam lia Windows b a necessidade de aprendizado pelo usu rio de uma linguagem composta por comandos que fazem uso de conceitos n o familiares a usu rios de que n o estejam acostumados a linguagens de computa o gr fica c o programa n o permite que novos objetos sejam inseridos pelos usu rios que fica limitado a utilizar os objetos dispon veis d como a ferramenta gen rica sua adapta o a um dado conte do cria dificuldades ao usu rio final de aplica o espec fica como por exemplo uma que pretenda usar a mesma para demonstrar conceitos de F sica 3 3 2 ScienceSpace Usando RV para Conceitos Cient ficos De forma a investigar a aplicabilidade de experi ncias de laborat rio simuladas atrav s de experi ncias geradas por computadores o projeto ScienceSpace Salzman et al 1995 PSS Science Space Project 1999 tem sido elabor
135. nsores de movimento salas de proje o IV Imers o espacial em CAVE extens o da anterior permite a um grupo de usu rios participarem simultaneamente de um ambiente virtual atrav s de proje es de imagens em superf cies que envolvem o s usu rio s V Telepresen a o usu rio atua atrav s de instrumentos em outros locais por meio de opera es realizadas no mundo real Neste caso a visualiza o geralmente se d atrav s de c meras de v deo 19 Algumas vari veis geralmente utilizadas na defini o de perif ricos de visualiza o de ambientes virtuais envolvem resolu o campo visual qualidade de imagens etc No entanto outras caracter sticas como conforto visual mobilidade privacidade e custo merecem ser levadas em considera o no projeto Bryson et al 1996 Fatores psicol gicos e de adapta o al m de vari veis de custo podem levar escolha do perif rico mais adequado uma dda aplica o Bryson et al 1996 Lewis Griffin 1997 apresentam que Capacetes HMD por exemplo s o geralmente rejeitados para trabalhos muito duradouros e t cnicos principalmente aqueles relacionados com a utiliza o por engenheiros primeiro porque usu rios tendem a relacion lo com jogos de computadores e segundo por causarem fadiga visual e at mesmo tonturas quando o tempo de utiliza o longo Uma das alternativas razo veis ao desenvolvimento de interfaces inovadoras para RV est relacionada com
136. nviabilizam o acesso a laborat rios reais ou mesmo como apoio did tico complementar a aulas te ricas seja para cursos a dist ncia seja para cursos presenciais A an lise dos produtos e solu es relativos a laborat rios virtuais educacionais permite constatar as principais limita es a suas utiliza es seja pela exig ncia de conhecimento de alguma forma de programa o para o uso satisfat rio destes ambiertes Green Halliday 1996 seja por barreiras relativas ao custo de montagem e implementa o Neste sentido esta tese faz um levantamento das ferramentas e solu es existentes para o desenvolvimento e utiliza o de laborat rios virtuais 2D e 3D suportados pela Internet e dentro da ampla possibilidade de pesquisa na rea de Realidade Virtual RV aplicada Educa o analisa os pontos fortes e fracos de tais solu es de forma a identificar as limita es tecnol gicas que dificultam a dissemina o desta tecnologia como ferramenta educacional e prop e solu es que contribuam para minimizar tais limita es Para os prop sitos deste trabalho optou se por delimitar o estudo em um dom nio espec fico do conhecimento a F sica Cl ssica para alunos do ensino m dio e com base nos resultados da an lise das ferramentas dispon veis prop e se uma arquitetura para uma solu o tecnol gica que possibilite o desenvolvimento e configura o de ambientes virtuais interativos por professores sem exig nci
137. o 5 2 2 Objetos de Adorno m veis e complementos M veis s o implementados para dar mais realismo ao cen rio virtual e permitem decorar o ambiente modelado de forma adequada abstra o de um dado cen rio Um laborat rio por exemplo pode possuir pranchetas lousas mesas cadeiras computadores 105 quadros decorativo dentre outros Por meio da utiliza o de tais objetos o usu rio em seu acesso ao sistema tem melhorada a sensa o de imers o no ambiente A Figura 5 3 apresenta a defini o do objeto cadeira relativo classe Objetos de Adorno O bjeto de Mobili rio esolidez float 1 Es M vel etipoSuperf cie Fig 5 3 Defini o de um Objeto Cadeira Dentre os Objetos de Adorno h ainda outras classes relativas a mesas portas suportes etc A Figura 5 4 apresenta o resultado da implementa o da cadeira supondo atributos de cor relativos cor vermelha Fig 5 4 Objeto Cadeira 106 5 2 3 Objetos de Experimentos Molas Com o prop sito de criar um pacote de objetos que permita ao usu rio inserir remover definir atributos reutilizar e adequar os mesmos s suas necessidades s o definidos objetos que simulam elementos f sicos reais como molas carrinhos roldanas polias massas etc Para definir estes objetos permitindo reutiliza o a implementa o utiliza n s do tipo proto da linguagem VRML que permitem estender a biblioteca de formas do VRML uma vez q
138. o d Globaliza o dos cursos possibilidade de internacionaliza o de cursos difundindo rapidamente novos conceitos e nfase em cria o de aprendizes como produtores os aprendizes podem participar de forma ativa do processo tornando se desenvolvedores Baseados na utiliza o da Internet e de forma a estabelecer par metros de diferencia o Tori Ferreira 1999 distinguem tr s for mas b sicas de EVI D EVI presencial caracterizada pelo deslocamento dos estudantes at um centro Centro de onde participam de aulas presenciais nesta modalidade a tecnologia se presta a diminuir apenas a dist ncia operacional ID EVI remota o estudante define o local de seu aprendizado e pode participar de uma EVI s ncrona em que as informa es s o trocadas simultaneamente entre professores alunos como uma v deo confer ncia ou ass ncrona em que a troca de informa es se d por exemplo por e mail EVI mista compreende uma uni o das duas formas anteriores com reuni es peri dicas do grupos e o estudo remoto A terceira forma EVI mista tem como exemplo de aplica o a disciplina de cursos de p s gradua o Hiperm dia e Multim dia da Universidade de S o Paulo Neste caso recursos de lista de discuss o chat e auto aprendizagem fazem parte da rotina do professor e dos alunos desde 1995 Tori Ferreira 1999 Nesta proposta algumas aulas s o realizadas em laborat rio com terminais conectados a Int
139. o come a quando o Experimentador resolve disparar um processo f sico relativo ao experimento que est visualizando Atrav s do toque em elementos do cen rio a altera o do tipo de cursor sinaliza a possibilidade de intera o direta com este elemento O experimentador clica ou arrasta o elemento conforme for permitido pelo mesmo e atualiza um atributo como desejar ou dispara uma opera o Descri o do caso de uso Intera o Indireta com A V Fluxo de eventos principal O caso de uso est relacionado com a utiliza o do painel de controle que parte integrante do A V e figura em todo experimento O Experimentador interage com elementos do painel de controle e promove a altera o de atributos de um dado objeto do cen rio virtual ou a execu o de um dado processo 4 1 5 3 Casos de Uso para o Desenvolvedor A Figura 4 7 apresenta os casos de uso relacionados com o Desenvolvedor Descri o do caso de uso Consultar Biblioteca de Objetos do Sistema Fluxo de eventos principal O caso de uso come a quando o Desenvolvedor atrav s da interface de desenvolvimento seleciona uma dada classe para visualizar suas caracter sticas O sistema apresenta em uma rea espec fica da interface a classe selecionada destacando atributos e m todos pertinentes a esta A partir da visualiza o de tais elementos o Desenvolvedor pode compor o c digo relativo a um novo objeto desta classe 83 Fluxo de eventos ex
140. o de Kits de Experimentos Este conjunto utilizado pelo experimentador composto de ambientes virtuais de demonstra o ou desenvolvidos por autores que permitem escolha do experimento que ser simulado dentre um conjunto de experimentos previamente definido intera o com o experimento escolhido atrav s dos elementos do cen rio virtual intera es diretas ou dos elementos do painel de controle intera es indiretas Cada experimento tem a configura o dada na sua defini o apresentando ambos um cen rio virtual e um painel de controle As propriedades dos objetos rela es entre eles e com sensores e atuadores n o podem ser modificadas na fase de experimenta o No entanto o experimentador poder variar valores associados aos elementos do experimento caso tal recurso tenha sido previsto na defini o 77 Para utiliza o dos experimentos virtuais o experimentador deve escolher o t pico de interesse ao acessar o software atrav s da escolha do kit de experimento desejado que composto dos ambientes virtuais desenvolvidos e relacionados quele t pico escolher o experimento que deseja desenvolver dentre os dispon veis no kit interagir com o ambiente virtual de forma direta atrav s dos elementos do cen rio virtual que lhe s o apresentados podendo alterar a visualiza o navegar entre os objetos verificar e atualizar propriedades f sicas dos mesmos interagir com elementos do
141. o de participar de uma dada experi ncia 7 3 Trabalhos Futuros Considerando a arquitetura proposta e o desenvolvimento dos prot tipos deste trabalho p de se visualizar os trabalhos futuros relativos arquitetura e ao desenvolvimento de prot tipos e implementa o do sistema proposto 7 3 1 Extens es da Arquitetura do Sistema Considerando os aspectos relacionados arquitetura do sistema proposto s o identificados como trabalhos futuros i a extens o da arquitetura do meta ambiente proposto a outros dom nios do conhecimento tais como Qu mica ou Matem tica bem como analisar a 146 viabilidade do uso das t cnicas propostas no desenvolvimento de novas arquiteturas que suportem multidisciplinaridade onde a implementa o de laborat rios virtuais possa ser utilizada como aux lio no ensino a defini o de novos objetos de interface e de intera o com os usu rios tais como os menus 30 de forma que o sistema possa ser implementado com uso de tecnologias de RV imersiva capacitando a navega o defini o de sensores e atuadores e manuseio de objetos de adorno e de experimentos 7 3 2 Extens es de Implementa o Considerando o desenvolvimento dos prot tipos e os aspectos arquiteturais s o identificados como trabalhos futuros 1 a implementa o da interface dos m dulos relativos ao Subsistema de Atualiza o de Objetos permitindo que um professor conhecedor de linguag
142. o em diversos elementos l xicos tokens de forma a formatar o texto para inser o no quadro A Figura 5 18 refere se ao fragmento de c digo que executa tal tratamento valorz textoz getText valorg textoquadro getText if valorq length 0 int num iter int num token num iter 0 String token int index int contar StringTokenizer tokens new StringTokenizer valorq num token tokens countTokens token token tokens nextToken textotemp insertElementAt token 0 while tokens hasMoreTokens Stringint Stringint 4 contar 0 StringBuffer temporaria new StringBuffer while contar lt 18 temporaria append 1 tokens hasMore Tokens token tokens nextToken temporaria append token texto setText temporaria toString contar temporaria length Stringint Stringint temporaria toString Stringint Stringint N Stringint Stringint 1 Fig 5 18 Fragmento de Texto para tratamento de tokens Como o quadro tem uma extens o de 18 caracteres os tokens s o divididos e quebrados de forma a inser o formatada dentro do quadro explicativo 120 O applet tamb m respons vel pelo tratamento de arquivos que conter o a descri o do ambiente virtual criado pelo autor A Figura 5 19 apresenta o fragmento de c digo que abre um arquivo armazena as informa es e salva o mesmo no servidor de arqui
143. o objetos do cen rio virtual em um novo comportamento 4 2 3 Interface para o Desenvolvedor A principal caracter stica desta interface a possibilidade de o usu rio modificar o conjunto de objetos do sistema inclusive por inser o de novos objetos que s o disponibilizados nos respectivos kits e arm rios A interface diferenciada visto que este usu rio detentor de conhecimentos mais aprofundados de t picos de programa o Ser necess ria uma autoriza o para que o mesmo possa fazer tais inser es A fun o de tais autoriza es evitar que usu rios descredenciados desordenem a biblioteca de objetos levando necessidade de manuten o do banco de objetos pelos desenvolvedores O aplicativo solicita o caminho do arquivo que cont m o objeto a ser inserido Com a confirma o do usu rio abre o arquivo valida as caracter sticas do objeto a ser inserido e emite mensagens de erro ou aceita o ao colaborador Caso existam erros o aplicativo n o se comunica com o servidor do sistema n o transfere o objeto biblioteca de objetos Se houver valida o o aplicativo transfere o arquivo correspondente para o servidor incrementando imediatamente a biblioteca de objetos A Figura 4 12 apresenta o esquema b sico desta interface O menu cont m widgets que permitem acesso a arquivos edi o do c digo fonte do objeto a ser inserido acesso s classes do sistema e acesso ao help do desenvolvedor A rea centra
144. o tempo e n o exclusivamente os relativos ao kit em quest o permitindo associa es entre objetos quaisquer 142 A queixa relativa ao n mero de kits foi muito comum o que leva conclus o que o usu rio gostaria de poder desenvolver outros experimentos virtuais o que aponta uma grande motiva o dos mesmos a utilizar o sistema para os diversos t picos da F sica 6 3 Limita es dos Prot tipos A partir da escolha das linguagens e do desenvolvimento algumas limita es dos prot tipos puderam ser constatadas 1 ii em alguns tipos de processadores a velocidade de navega o pelos cen rios virtuais muito baixa principalmente quando n o h placa aceleradora 3D a integra o de Java e VRML atrav s da EAI apresenta muitas limita es no que diz respeito captura de informa es pelos applet Java a partir dos n s VRML Estas limita es for am o programador a usar uma s rie de estrat gias para contorn las e atingir os objetivos desejados a op o de inserir texturas til na melhoraria da qualidade dos objetos de cen rio no entanto a inser o de imagens aumenta muito o tamanho dos arquivos e piora a velocidade do processamento das anima es levando conclus o que a inser o de texturas precisa ser bem avaliada numa solu o de compromisso entre aprimorar o realismo da simula o e de velocidade do tratamento da imagem importante considerar que as limita es dos pro
145. objetos geom tricos reais s o simulados em arquivos VRML permitindo a manipula o d Jogo Educacional um jogo permite ao aluno testar seus conhecimentos de forma motivadora A Figura 3 23 retrata o ambiente de Jogo Educacional do sistema TUIT Fig 3 23 P gina de Jogo Educacional do 53 A utiliza o do programa se d com o acesso ao s tio do mesmo na Internet onde se encontra a p gina inicial Ap s selecionar Iniciar o usu rio encontra uma segunda tela onde pode come ar a usar o programa para aprender e exercitar conhecimentos de geometria espacial Destacam se como principais diferenciais do sistema a O desenvolvimento de t picos de Geometria disciplina que geralmente ocasiona grande dificuldade de visualiza o aos alunos em uma ferramenta gratuita compat vel com a Internet de forma que a mesma suportado pelos navegadores convencionais e pelos mais diversos sistemas operacionais b a forma de concep o dos ambientes virtuais e da entrega do aprendizado fundamentada em m todos pedag gicos o que propicia a entrega do conte do de forma estruturada A aplica o descrita est fortemente relacionada ao dom nio de Geometria Espacial e tem como principais limita es a Flexibilidade a impossibilidade de um usu rio professor definir a seu crit rio aulas interativas que possam ser usadas em acordo com uma ne cessidade espec fica b Apresenta o est tica com m
146. odologia para Cria o de Roteiros Educativos em Realidade Virtual Revista Brasileira de Inform tica na Educa o Brasil p 69 76 setembro 1999 ARAG O M R R RIVERO L M C BACCARIN Educa o a Dist ncia Em Busca de Crit rios Did tico Pedag gicos nas Pr ticas Existente In XX CONGRESSO NACIONAL DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE COMPUTA O SBC 2000 vol 1 Curitiba PR 2000 p 85 ARETIO L G Educaci n a distancia hoy Madrid UNED Colec Educaci n permanente 1994 BASAL F Virtual Reality and schools project report VR in the Schools Jornal online sobre aplica es de Realidade Virtual na Educa o com apresenta o de experi ncias e resultados Dispon vel em lt http eastnet educ ecu edu vr vrinla txt gt Acesso em 20 de jun 1999 153 BELL J FOGLERL H S The Investigation and Application of Virtual Reality as an Educational Tool Iw PROCEEDINGS OF THE AMERICAN SOCIETY FOR ENGINEERING EDUCATION ANNUAL CONFERENCE Anaheim CA June 1995 RUMBAUGH JACOBSON I UML Guia do Usu rio Editora Campus Rio de Janeiro Brasil 2000 BORK L A BRITTON D The Web 15 Not Yet Suitable for Learning IEEE Transactions on Computer USA p 115 119 June 1998 BOULET M M Distance learning fo the management of software projects In ACM PROCEEDINGS OF THE CONFERENCE ON INTEGRATING TECHNOLOGY INTOCOMPUTER SCIENCE EDUCATION ITICSE 97 1997 136 138 BYRNE C
147. ominados protos que podem ser definidos em um arquivo na forma de objetos e posteriormente serem utilizados por outros arquivos ou ativados dentro de um arquivo como um n externo evitando a duplica o de c digos c Do ponto de vista de constru o de cen rios 3D VRML prov n s para cria o e modifica o de fundos de cen rios com o uso de n s espec ficos backgrounds que simulam ambientes diferenciados assemelhados a condi es que variam de um dia ensolarado para nublado com neblina ou mesmo noites d VRML possibilita controle de apar ncia de elementos do cen rio e a inser o de diferentes formas de fontes de luz pontuais direcionais ambiente o que permite dar mais realismo ao cen rio concebido Recursos de acrescentar sons e filmes tamb m est o dispon veis por utiliza o de n s espec ficos e s o compat veis com os principais formatos de udio e v deo mpeg mpg mid Allison 1997 100 e Associada a Java ou JavaScript podem ser elaborados scripts de forma a complementar a troca de informa es entre os elementos do mundo virtual e destes com os usu rios Esta propriedade prov possibilidade de anima es e de dinamismo s formas concebidas e inseridas no cen rio 5 1 2 JAVA O Ap ndice III apresenta hist rico da linguagem e exemplos de aplica es Java uma linguagem de programa o capaz de permitir p ginas altamente interativas na WEB orientada a objetos
148. onomia Energia Mec nica e Termodin mica O usu rio escolhe dentre uma lista de assuntos Figura 3 4 um dado applet e pode interagir com objetos do mesmo para definir uma dada simula o de um t pico particular da F sica O exemplo apresentado pelas Figuras 3 5 e 3 6 refere se simula o de movimento de um corpo sob a o de uma dada acelera o O applet traz informa es gr ficas o gr fico tra ado dinamicamente sobre vari veis da F sica relevantes a tal t pico velocidade e posi o al m de permitir que o usu rio defina os valores da posi o inicial velocidade inicial e acelera o 30 University of Oregon PHYSICS APPLETS Department of Physics E Horizontal Block orizontal Block bh Horizontal Block Free Fall Cmechanics o ER thermol Cannon 1 2 Inclined Planes amp Friction Impulse and Friction Potential Energy Momentum Kepler s Third Law help credits ES O licensing amp distribution choose this applet Your comments and questions are welcome Send them to 120113 Fig 3 4 P gina de Escolha do Experimento Physics Applets S o caracter sticas comuns dos experimentos virtuais simula es bidimensionais widgets que permitem ao usu rio variar par metros iniciar e coletar informa es de resultado de um dado experimento impossibilidade de altera o do cen rio que constitui o experimento seja
149. or onde corpos deslizam e dois muros ao final do dito corredor Fig 3 15 AV de um Experimento NewtonWorld 44 Fig 3 16 Simulando colis o no Newton World 2 MaxwellWorld Conjunto de mundos virtuais elaborados para prover a examina o e aprendizado das for as e campos eletrost ticos capazes de permitirem que o estudante descubra empiricamente as Leis de Gauss A Figura 3 17 refere se a um destes mundos virtuais desenvolvido para visualiza o de campos el tricos de uma carga puntiforme Fig 3 17 Campo El trico de uma Carga Puntiforme MawellWorld 3 PaulingWorld S o os componentes mais recentes do projeto e visam auxiliar professores e alunos de forma a ser uma ferramenta de pesquisa E composto de mundos virtuais que permitem examinar a estrutura de mol culas simples e compostas A Figura 3 18 apresenta um exemplo de mundo virtual relativo representa o molecular 45 Fig 3 18 Mundo Virtual relativa uma Mol cula 3 3 2 1 Vantagens do Sistema Destacam se como principais vantagens do sistema a os experimentos virtuais desenvolvidos no ScienceSpace possibilitam efetiva imers o do usu rio nos mundos virtuais com uma boa utiliza o dos perif ricos adequados b em fun o da larga experi ncia no desenvolvimento e nas diversas realimenta es obtidas pelos autores ao longo destes anos um grande conjunto de melhorias tem tornado o aprendizado atrav s dos mundos virtuais m
150. os Nome do Menu Valores M ximos M nimos Incrementos Cores e se inicialmente est o ativos ou n o Carrol ES T 1 Forca N Fig 5 12 Menu Atuador 3D Este menu pode ser escondido pelo clique no X acima direita A ativa o dos mesmos feita por mensagem oriunda de outro objeto do cen rio virtual que pode ser um objeto de adorno experimento ou de interface Varia es deste menu podem ser utilizadas para chamar p ginas Web 113 O controle deslizante ao contr rio pode ser utilizado para variar continuamente um dado valor num rico em uma faixa definida pelo usu rio A Figura 5 13 ilustra um objeto Controle Deslizante para o qual foi dado o nome Fig 5 13 Objeto Controle Deslizante 5 3 Concep o dos Subsistemas da Arquitetura 5 3 1 Introdu o No desenvolvimento dos prot tipos do sistema a op o pela uni o de HTML VRML Java e JavaScript dificulta a utiliza o dos geradores de p ginas Web comumente usados tais como o Netscape Composer Microsoft FrontPage DreamWeaver Com o prop sito de concep o dos prot tipos dos subsistemas e das interfaces o desenvolvimento destas feito com uso de editores de texto comuns e programas de concep o de applets e aplicativos Java Visando implementar os prot tipos compat veis dotados de interfaces compat veis com a Web as seguintes associa es s o utilizadas a HTML e VRML para o desenvolvimento das p
151. os equipamentos como capacetes luvas de dados monitores de v deo tradicionais ou ambientes de visualiza o de diversas vistas envolvendo o usu rio em um panorama imagin rio como os O ap ndice apresenta equipamentos dispon veis para concep o de ambientes virtuais com imagens e descri o A sele o de tais equipamentos acaba por definir as diferentes modalidades de intera o As modalidades de intera o em ambientes virtuais podem ser divididas nos seguintes grupos distintos Costa 2000 Pinho 2000a D Imers o subjetiva ou n o imersiva obtida com o uso de monitores programas que simulam e exploram as proje es perspectivas e transforma es geom tricas dando ao usu rio a impress o de estar imerso em um ambiente virtual Per fericos comumente usados monitor de v deo teclado mouse joystick ID Imers o subjetiva com proje o do usu rio o usu rio se v dentro do ambiente virtual que est projetado em um monitor de v deo atrav s de sua imagem que inclu da no AV tamb m qualificada como RV projetada Imers o espacial onde o usu rio parece estar dentro do ambiente atrav s do uso de dispositivos de imagens e sensores de posi o movimento acoplados ao corpo e capazes de possibilitar a intera o direta com o ambiente Neste caso eventos ocorrem em todas as dire es e consideram os movimentos do usu rio Perif ricos comumente usados capacetes luvas de dados se
152. os Usu rios Arquivos de Exemplos Associa o com um dado Dom nio de Conhecimento Compatibilidade com Diversos Sistemas Operacionais Defini o de Novos Ambientes Experimentos Dispensa o Aprendizado de alguma Forma de Programa o Dispensa pr vio conhecimento de Computa o Gr fica Inser o de novos objetos em um dado Cen rio Experimento Simula es com uso de Ambientes 3D 65 4 Especifica o do Sistema re A partir da an lise comparativa de sistemas similares apontada no final do cap tulo tr s este cap tulo apresenta a proposi o de um sistema capaz de atender simultaneamente as caracter sticas real adas como ausentes nos sistemas similares destacadas na Tabela 3 1 Tal proposi o dar se por meio da an lise e projeto do sistema alvo desta tese destacando a arquitetura e os detalhes estruturais do me smo S o relatados os passos para a defini o do software aspectos particulares da an lise e do projeto e a descri o dos componentes Para tais prop sitos a proposta do sistema foi desenvolvida com an lise orientada a objetos e com uso da UML Unified Modeling Language que representa uma ferramenta capaz de modelar qualquer tipo de aplica o de tempo real cliente servidor ou outros tipos de software Furlan 1998 4 1 An lise do Sistema 4 1 1 Escopo e Prop sitos Para possibilitar a concep o de experimentos virtuais de F sica que possam ser util
153. os estudantes que tiveram de desenvolver um dado tema usando os sistemas A utiliza o tem dado bons resultados na motiva o dos estudantes na demonstra o de conceitos por professores em laborat rios computacionais e tem permitido que estudantes possam explorar conceitos de ptica geom trica em suas casas 3 3 9 3 Limita es do Sistema WebTOP apresenta um conjunto limitado de simula es de experimentos envolvendo conceitos de ptica totalizando cinco simula es diferentes relacionadas a dois t picos principais de ondulat ria O sistema tem como principais limita es 62 a N o permite que usu rios professores possam criar ou modificar os m dulos existentes particularizando os b As atividades permitidas pelo sistema tamb m n o podem ser alteradas pelo professor que portanto n o pode modificar os textos explicativos exerc cios ou exemplos relacionados com os m dulos sendo a utiliza o restrita a modifica o de par metros c Impossibilidade de inser o de novos objetos nas cenas previamente definidas 3 5 An lise Comparativa A leitura das solu es destacadas neste cap tulo permite evidenciar algumas caracter sticas relevantes concep o de sistemas destinados a Educa o Virtual Interativa tais como os laborat rios virtuais enumeradas a seguir 1 utiliza o de ambientes 3D para concep o dos experimentos virtuais permitem a intera o mais natural e real stica A uti
154. os mesmos de forma ass ncrona pelos estudantes e professores que de qualquer terminal de computador podem fazer utiliza o dos mesmos tornando tais solu es muito atrativas Kiril et al 2000 Lawhead et al 1997 Considerando se as limita es apresentadas pelos sistemas analisados no cap tulo tr s e as caracter sticas apontadas obt m se a Tabela 3 1 que apresenta esquematicamente uma compara o das solu es em destaque neste cap tulo A tabela compara as por meio de itens importantes na defini o de projeto dos sistemas dando destaque s diferen as relacionadas aos prop sitos deste trabalho As linhas cont m os trabalhos relacionados e as colunas os itens comparados Itens hachurados indicam uma caracter stica v lida para o elemento em compara o e aus ncia de hachuras apontam uma caracter stica inexistente para o sistema listado Como pode ser observado a tabela n o indica a impossibilidade mas a inexist ncia de um sistema que atenda simultaneamente a todas as caracter sticas real adas o que motivou a especifica o de uma solu o que contemple tais prop sitos simultaneamente Por esta raz o o pr ximo cap tulo analisa e prop e o projeto de um sistema computacional para atender simultaneamente todos os requisitos destacados nas linhas da Tabela 3 1 64 Tabela 3 1 Compara o entre os Sistemas Apresentados PUOMSLIY 10 Acess vel via Web Armazena Altera es d
155. os seguintes itens a motiva o de estudantes e usu rios de forma geral baseada na experi ncia de 1 pessoa vivenciada pelos mesmos b grande poderio de ilustrar caracter sticas e processos em rela o a outros meios multim dia c permite visualiza es de detalhes de objetos d permite visualiza es de objetos que est o a grandes dist ncias como um planeta ou um sat lite e permite experimentos virtuais na falta de recursos ou para fins de educa o virtual interativa permite ao aprendiz refazer experimentos de forma atemporal fora do mbito de uma aula cl ssica porque requer intera o exige que cada participante se torne ativo dentro de um processo de visualiza o h encoraja a criatividade catalisando a experimenta o 1 prov igual oportunidade de comunica o para estudantes de culturas diferentes a partir de representa es 0 ensina habilidades computacionais de dom nio de perif ricos Experi ncias de utiliza o de sistemas que utilizam t cnicas de Realidade Virtual t m sido desenvolvidas e aplicadas nos mais diversos campos de ensino desde aplicativos 18 para matem tica b sica Keller Schreiber 1999 experimentos virtuais de ptica Geom trica et al 2000 at simula es de circuitos integrados Ost et al 1999 2 2 2 Modalidades de Intera o em RV Ambientes virtuais podem ser concebidos contemplando a utiliza o de divers
156. osta solicita o do usu rio ii uso na WEB de forma gratuita tornando se um sistema port til e compat vel com a maioria dos sistemas operacionais exige se que o navegador esteja associado a um plug in compat vel com Java e outro plug in compat vel com VRML O sistema tem como principais limita es 1 impossibilidade de dotar as formas de movimentos e anima es apresentando resultados est ticos e que permitem exclusivamente a intera o na forma de visualiza o ATSwords Integra o de um Sistema de Modelagem por Sweep com Netscape Edn Mew Go Communicator Help po 7 Novo Apti Trans Simples insera ou mos os portos conenno 000000 cume 20000000000 2000000 ATI odds 10 Trabaho de aluno Taars Professor Onertador Femando Santos Osono ATSWorlds ATSWorlds um programa que visa criar objetos VRML da t cnica de Sweep Ele foi desenvolvido como parte do trabalho de conclus o de Andr Tavares da Silva sob orienta o do professor Fernando Santos Os r 1 Universidade do Vale do Rio dos Sinos e trabalho tem por objetivo integrar t cmicas de modelagem com a VRML A t cnica escolhida para ra o foi a t cmica de modelagem por sweep grande You sre Choose Go ta conmect Fig 3 19 Exemplo de Gera o de Pol gonos no ATSWorld ii n o p
157. oteca que cont m os diversos experimentos dispon veis na forma de ambientes virtuais que podem ser de demonstra o ou desenvolvidos pelos autores Permite que um aluno ou mesmo um professor realize tais experimentos virtuais atrav s da Internet de forma a analisar e estudar aspectos relativos a um dado fen meno f sico Este usu rio denominado experimentador Os diversos componentes do sistema est o descritos detalhadamente nas se es seguintes 74 4 1 4 1 Subsistema de Cria o de Experimentos O Subsistema de Cria o de Experimentos possibilita a cria o de ambientes virtuais vinculados a experimentos por meio de tr s reas de trabalho distintas Cen rio Virtual cont m elementos 3D dispostos em um cen rio que caracterizam o experimento virtual propriamente dito a ser definido pelo autor Tais elementos s o inseridos pelo autor no cen rio a partir da sele o na biblioteca de objetos de cen rios e posterior defini o de propriedades por meio de objetos da interface gr fica Painel de Controle do Experimento cont m elementos de intera o sensores e atuadores definidos pelo autor por meio de sele o destes componentes usando objetos da interface gr fica Tais objetos permitem ao exper imentador controle dos elementos que se encontram definidos no cen rio virtual do experimento Ferramentas de Configura o cont m widgets menus caixas de di logo listas etc que po
158. ouco explorados e aproveitar sua facilidade de uso 20 Um aspecto importante na concep o de ambientes virtuais que a caracteriza o de usu rios potenciais geralmente alijada do processo de discuss o Assim usu rios com perfis diferenciados como idade pr vio acesso a computadores estilo de aprendizado qualifica o acabam por serem considerados de forma nica Como solu o a estes problemas o desenvolvimento direcionado a dom nios de aplica o com forte caracteriza o do cliente pode limitar o que se deseja do sistema ao mesmo tempo que amplia a condi o de utiliza o por usu rios do dom nio facilitando a an lise de tarefas do sistema e envolvendo o usu rio no ciclo de desenvolvimento Logicamente os desenvolvedores precisar o levar em conta as diversidades e os problemas relacionados intera o que caracterizam o grupo de potenciais usu rios Acresce se a este problema o fato de que o desenvolvimento fundamentado em RV para monitores prov menos interatividade que outras formas de RV Johnson 1998 prop e que o desenvolvimento de AV fundamentados em uso de monitores de v de o identifique as tarefas atrav s da observa o de opera es similares processadas no dom nio dos usu rios Conclui se que o simples desenvolvimento de ambientes virtuais como ferramentas educacionais sem pr via an lise de dom nio e de usu rios envolve o risco da concep o de ambientes restritos em tarefas e
159. por inser o ou remo o dos elementos A Figura 3 5 apresenta o aspecto inicial do applet dispon vel relativo movimentos uniformemente acelerados Verifica se que o usu rio neste experimento pode alterar os valores de posi o inicial P velocidade inicial V e acelera o A executar o experimento Run ou reiniciar o processo Reset O resultado de uma simula o pode ser visualizado na Figura 3 6 onde o m vel tem sua posi o alterada e os gr ficos retratam a posi o gr fico esquerda e a velocidade gr fico direita em fun o do tempo Initial P o Initial Initial Reset Pun Position 0 0 Velocity 0 0 Acceleration 0 0 Time 0 0 Pos 0 0 Time 0 0 vel 0 0 Fig 3 5 Simula o de Cinem tica Physics Applets Position 42 9 Velocity 13 1 Acceleration 2 0 60 0 15 49 7 74 15 49 Time 0 0 Pos 0 0 Time 0 0 0 0 Fig 3 6 Resultado da Simula o 31 32 Como pode ser observado na Figura 3 6 um vetor posicionado sobre o m vel indica a exist ncia de velocidade final Outras informa es s o dadas pelo aspecto e valores plotados nos dois gr ficos exibidos Da mesma forma que o applet apresentado neste exemplo h outras simula es dispon veis que seguem os mesmos princ pios de constru o e opera o 3 2 3 LabVirt Laborat rio Virtual de F sica da USP O laborat rio virtual de F sica da USP Labvirt 2000 refere se a um projeto de u
160. proposto e avaliado apontado como uma ferramenta importante para a melhoria do trabalho deles no ensino de F sica e de grande finalidade Ao mesmo tempo os avaliadores indicaram que a interface desenvolvida nos prot tipos de f cil entendimento e que os mesmos s o de f cil utiliza o Os itens listados abaixo apontam algumas sugest es dos avaliadores 1 melhoria relativa a amplia o da biblioteca de objetos de adorno e de experimentos ii aprimoramento do help com inser o de exemplos ilustrativos dos passos de composi o dos ambientes vrtuais iii que o sistema deve apresente previamente todos os objetos dispon veis no kit de experimento de forma que o usu rio fa a a sele o do objeto dentro do ambiente virtual e n o atrav s de uma lista iv melhoria do sistema no sentido de prover mais kits de experimentos Da an lise e do acompanhamento das avalia es pode se observar que h certa dificuldade de entendimento de alguns comandos relativos ao plug in VRML neste caso o CosmoPlayer que parece simples aos mais familiarizados mas que algumas vezes n o intuitivo aos usu rios Al m do mais os arquivos de help dos prot tipos n o conseguiram apresentar respostas a todas as d vidas dos usu rios que s vezes se perdiam em uma a o e n o sabiam como retornar dela Uma das observa es importantes dos avaliadores refere se ao fato do sistema n o apresentar todos os objetos dispon veis ao mesm
161. que n o necess rio ao professor detentor do conhecimento relativo ao assunto o conhecimento de tecnologias relativas a concep o de tais li es com uso de computadores Observa se ainda que na EAD h grande import ncia no sistema que fator fundamental para a obten o de bons resultados Assim o investimento na concep o do sistema fator de preocupa o e geralmente envolve equipes multidisciplinares Relativamente concep o da parte pr tica o uso de laborat rios virtuais uma das grandes vantagens do ensino a dist ncia de forma que um dado aprendiz pode utilizar recursos de outras institui es que est o disponibilizados remotamente de forma interativa como se estivesse dentro de um laborat rio real Considerando a evolu o da Educa o a Dist ncia Saba 1999 relata que EAD passa por tr s fases cronol gicas relativas aos meios de comunica o meios de intera o utilizados a saber 1 primeira fase predominantemente at a d cada de 1960 EAD correspondente gera o textual com suporte e apoio pedag gicos fundamentados em textos instrucionais impressos ii segunda fase predominantemente entre as d cadas de 1960 1980 EAD composta por textos impressos complementados com recursos tecnol gicos de multim dia tais como grava o de udio e v deo terceira fase atual EAD caracterizada pelo auto aprendizado com suporte de recursos tecnol gicos altamente diferenciados como a
162. que possam ser desmotivadores Assim importante a participa o dos clientes potenciais nos processos de concep o e valida o de prot tipos do sistema a ser desenvolvido visando a coleta de opini es que propiciem a melhoria das interfaces e das formas de intera o 2 3 Laborat rios Virtuais Segundo Souza Oliveira 2001 o conceito de Laborat rios Virtuais engloba duas classes distintas Laborat rios Remotos e Laborat rios com Conte do Exclusivamente Virtual Componentes das duas classes podem ser acessados remotamente via rede de computadores 21 2 3 1 Laborat rios Remotos H um conjunto de instrumentos de simula o de experimentos que est conectado a um computador e este est ligado Web Neste caso o computador controla os equipamentos a ele conectados e prov o acesso remoto a outros computadores O experimentador acessa o laborat rio remoto podendo exercer controle sobre o computador os equipamentos e faz observa es simula es testes e coleta de ddos de um experimento que pode estar sendo conduzido por ele ou por outro usu rio da Internet Nesta abordagem c maras de v deo podem ser associadas de modo a exportar imagens para a Web Com a utiliza o desta tecnologia poss vel inclusive a conex o de diversos laborat rios simultaneamente al m de permitir que institui es remotas e sem acesso a um dado equipamento de elevado custo por exemplo possam partilhar informa es e
163. r a sobre uma massa deve ser observado que sua aplica o resulta em uma acelera o proporcional for a aplicada e inversamente proporcional massa do corpo que est sendo acelerado Assim o professor necessita de dois elementos aquele que atuar como aplicador ressalva pela Terceira Lei de Newton qualquer a o corresponde a uma rea o da for a e aquele que vai ter sua in rcia modificada pela aplica o Opta ent o por associar a um objeto soldado a atua o de aplicador e a uma pequena scooter a a o de receptor objeto que ser acelerado Para compor a cena adiciona os objetos usando por duas vezes a fun o Addobject tomando cuidado que os dois objetos estejam afastados mas alinhados de forma a permitir a troca de for as entre eles Ap s a inser o dos objeto deve se compor o Script para que o objeto soldado seja animado em dire o ao objetos scooter de forma que com a colis o o objeto scooter comece seu movimento propiciado pela aplica o da for a Uma das Red de Script seria a apresentada na Figura 3 11 ToySoldier leftarm turn up 0 2 ToySoldier rightarm turn up 0 2 SoldadoMove ToySoldier Move Forward duration 3 0 Stop ScooterMove Scooter Move Forward 1 0 speed 0 5 SoldadoMove Camera PointAt ToySoldier EachFrame def ToySoldierReport objl 2 print objl collided with 0052 ToySoldier RespondToCollisionWith Scooter ToySold
164. r metros a o valor da massa e b a for a aplicada em cada carrinho durante a realiza o do experimento virtual As faixas de varia o seguem os valores definidos pelo autor durante a cria o do experimento Para a atualiza o de valores quando o experimentador clica sobre o carrinho inserido no Cen rio Virtual um widget 3D Figura 6 9 apresentado ao mesmo que por intera o direta poder alterar os valores da massa da for a aplicada ao mesmo durante a realiza o dos experimentos Carrol HEESE l Forca 1 Fig 6 9 Widget 3D para manipula o de par metros Esta widget poder ser manipulada pelo experimentador suportando altera o de tamanho ou mudan a de posi o Os bot es permitem que seja incrementados ou decrementados por meio de varia es discretas dentro da faixa previamente definida os valores dos par metros de experimento dos objetos ou que a mesma seja destru da 6 1 3 Utiliza o do Ambiente Virtual desenvolvido Acessando o experimento virtual atrav s da Internet o experimentador obt m o ambiente virtual que permite a simula o relativa a este estudo de caso A Figura 6 10 refere se p gina inicial obtida pelo acesso Pode se observar o painel de controle que cont m o atuador denominado Dispara para simular a aplica o das for as nos m veis e permitira a realiza o experimento os sensores de velocidade dos m veis 1 2 3 v1 v2 v3 respect
165. r que o mesmo desenvolva a cria o de um experimento Conforme a sele o do usu rio uma p gina espec fica de desenvolvimento carregada Esta p gina constitu da de um applet Java e de um cen rio virtual concebido em VRML de tal forma que objetos do applet atuem sobre elementos de cen rio virtual Como solu o de implementa o faz se utiliza o da External Authoring Interface EAI que associa o plug in VRML Java Virtual Machine do navegador e permite a comunica o bidirecional entre o applet e o plug in VRML Marrin 2001 A Figura 5 14 apresenta a associa o entre VRML Java e a EAI utilizada neste arranjo Cardoso et al 2001 115 A o Visualiza o Cen rio Virtual C digo em VRML e JavaScript Ambiente Virtual Acesso a N s A o Classes Classes q JAVA ainel Java AWT Arquivos Arquivos A o WEB Fig 5 14 Esquema de Comunica o VRML Java Com uso desta estrat gia de implementa o cabe ao plug in VRML a tarefa de representar a cena tridimensional e ao applet Java as tarefas de a definir que elementos ser o inseridos no cen rio virtual b definir posicionamento dos elementos que comp em a cena 3D informando ao plug in qual a posi o x y z de cada um no cen rio c permitir que o usu rio mude as propriedades do objeto de experimento que est sendo inserido como massa for a aplicada tempo de
166. ra desenvolvimento de programas em Java mantido pela Sun Microsystens Dispon vel em lt http java sun com gt Acesso em 20 de nov 2000 JAVABRASIL JavaBrasil S tio da Internet do grupo de desenvolvedores de Java no Brasil que cont m dicas da linguagem lista de discuss o programas computacionais e chamadas para encontro do grupo Dispon vel em lt http www soujava org br gt Acesso em 02 de nov 2000 JavaScript JavaScript Passo a Passo Lite 1 Ed Makron Books S o Paulo 2001 S rie Lite JETS JETS Home Page Java Enabled Tellecolaboration System Version 2 02b School o Information Technology and Engineering University of Ottawa S tio do projeto JETS relacionado com a integra o de Java com a Web com solu es neste sentido Dispon vel em lt http www mcrlab uottawa ca jets gt Acesso 20 de nov 1998 JOHNSON C Why Traditional HCI Techniques Fail to Support Desktop VR In The 3D Interface for the Information Worker Coloquium 1998 1 1 1 5 157 KELLER SCHREIBER 7 GEO 3D A Realidade Virtual como Suporte ao Ensino da Geometria Espacial In WORKSHOP BRASILEIRO DE REALIDADE VIRTUAL WRV 99 Mar lia S P Brasil 1999 p 182 193 KIRIL J et al WebTOP 3D Interactive Optics on the Web In ACM PROCEEDINGS OF THE WEB3D VRML 2000 FIFTH SYMPOSIUM ON THE VIRTUAL REALITY MODELING LANGUAGE Monterey CA USA Feb 2000 p 125 131 KIRNER C
167. rentes el tricas e vetores relacionados com Campos El tricos e Magn ticos A Figura 3 26 apresenta a visualiza o dispon vel para a Lei de Coulomb onde vetores Campo El trico de uma carga puntiforme s o apresentados ST iD Cod Fig 3 26 Lei de Coulomb VRML Gallery Eletromagnetism Embora existam diversas simula es as mesmas s o representa es est ticas de conceitos da eletricidade e n o permitem ao usu rio modificar ou alterar par metros de forma a percep o de altera es de caracter sticas dos Campos El trico Magn tico por altera o de par metros dos elementos fonte Cargas el tricas est ticas ou em movimento O s tio disponibiliza ainda alguns gif animados que ilustram os conceitos relacionados com a lei de mpere e integral de linha 3 3 9 WebTOP Sistema de Experimentos de ptica Geom trica na Web O Projeto ptica The Optics Project TOP um sistema de computa o gr fica tridimensional interativo para visualiza o de fen menos pticos visando ensino de alunos de curso de gradua o de universidades americanas Foi iniciado na Mississipi State University no Centro de Pesquisas para Simula es Computacionais em 1994 motivado pelo interesse de conceber li es de ptica geom trica para alunos de gradua o Inicialmente projetado para ser executado em esta es de trabalho da Silicon Graphics foi implementado com o uso de Open Inventor O sistema WebTO
168. s Como exemplo com a utiliza o de um objeto Mola podem ser feitas simula es relativas lei de Hooke ou de convers o da Energia Mec nica Potencial em Cin tica Considerando a implementa o necess rio modelar geometricamente a mola e definir o conjunto de atributos e opera es para sua in ser o no pacote de Objetos de Experimentos A classe mola pertence superclasse Objetos de Experimentos e classe Objeto El stico e cont m a modelagem geom trica e comportamental que acomoda a especifica o de um objeto el stico caracterizado por uma constante el stica k A Figura 5 6 apresenta a defini o da classe Mola destacando atributos espec ficos como n mero de espiras nEspiras raio da se o transversal da mola raioSe o comprimento comprimento e espinha spine de visibilidade privada Objeto de Experimento massa temperatura muakzaMassa akerarTemperatura Objeto El stico coeficienteDeforma oEl stica conexdoPontas altorarCoeficiente Deforma o El stica atualizarConex oPontas Mola n spiras int raioSe o float comprimento float spine float gerarSpine p akerarSe o alkterarComprimento Fig 5 6 Defini o da Classe Mola 108 As opera es de constru o e de comportamento do objeto s o gerarSpine para gerar a espinha de extrus o alterarRaioSe o usada para afinar a mola em caso de grande alon
169. s com linhas que o pr prio usu rio define como pode ser visto na Figura 3 3 1110 0100 1111 0110 Fig 3 3 Resultado do Circuito L gico Simulado Entradas x Sa das Os resultados das simula es s o facilmente visualizados pelos usu rios Destacam se como propriedades relevantes deste laborat rio virtual 29 1 interfaces amig veis e interativas um experimentador insere e define elementos e rela es de acordo com suas necessidades ii f cil visualiza o de resultados que s o apresentados de forma r pida nas diversas simula es suportadas pelos applets iii portabilidade acess vel via Web os experimentos podem ser utilizados com grande facilidade Destacam se como principais limita es 1 n mero reduzido de experimentos ii impossibilidade de um professor prover inser o de novos elementos distintos dos disponibilizados no applet e impossibilidade de fazer altera es nos existentes iii erros na defini o de elementos tornam o experimento inv lido e for am o usu rio a reiniciar todo o processo de defini o 3 2 2 Physics Applets Universidade de Oregon Disponibilizado pela Universidade de Oregon VLAB Oregon 2002 e desenvolvido pelo departamento de F sica este laborat rio virtual constitu do de um conjunto de applets destinados exclusivamente a t picos da F sica H um grande n mero de experimentos das mais diferentes frentes da F sica Astr
170. s poss vel permitir a explora o pelo usu rio de forma particular e que atenda suas expectativas com respeito investiga o Assim RV pode possibilitar visitas a lugares imagin rios modificando tamanhos tais como a explora o de um universo imagin rio ou da estrutura de um tomo levando o usu rio a forte inser o no contexto de um dado t pico ou assunto sem riscos como os presentes no manuseio de equipamentos f sicos ou componentes qu micos perigosos Pinho 1996 Al m disso sistemas de RV s o teis na possibilidade de manuseio a dist ncia de equipamentos no controle de for a permitindo que o usu rio possa comandar e exercer for as remotamente sem estar imerso em locais perigosos ou com altos ndices de polui o A possibilidade de reuni es virtuais e encontro temporal entre pessoas separadas no espa o por meio de t cnicas de ambientes virtuais compartilhados pode propiciar a redu o de custos em aplica es corporativas encontros inesperados e a forma o de comunidades virtuais com forte comunica o s ncrona e abstra o de ambientes reais Visando a aplica o em educa o o alto potencial de desenvolvimento de visualiza es pode ser destacado como uma das principais import ncias de RV 16 Ferramentas de RV destinadas a educa o favorecem a fixa o de conte dos a curto longo prazo e criam uma nova forma individualizada de representa o de conhecimentos propiciando melhor
171. s projetos para concep o de mundos virtuais para EVI Costa 2000 Ipolito Kirner 2000 Kiril et al 2000 A linguagem uma importante aliada no desenvolvimento de mundos tridimensionais interativos na Web e sua hist ria fundamentada na colabora o de diversos pesquisadores e importantes empresas relacionadas com a Computa o Gr fica Nadeau 1999 VRML adequado s mais diferentes aplica es incluindo desde modelagens de superf cies simples como um cone at mapeamentos geogr ficos complexos de terrenos A pesquisa envolvendo VRML tem apresentado resultados positivos em aplica es relacionadas s mais diferentes reas do conhecimento Cardoso et al 2000b Com a utiliza o exclusiva de VRML temos exemplos envolvendo aplica es na modelagem de ambientes similares a ambientes reais como a experi ncia de 26 desenvolvimento do campus virtual da UFSCar UFSCar Virtual em projeto que comprova a aplicabilidade de VRML para modelagem com inclus o de texturas de ambientes reais Ipolito Kirner 1997 Matsuba Roehl 1999 constataram a possibilidade de utiliza o de VRML para apresenta es em tempo real usando se as formas mais comuns de configura es da Internet hoje dispensando adequa es de rede e arquivos com a concep o e apresenta o da pe a teatral Shakespeares 5 A Midsummer Nights Dream totalmente desenvolvida em VRML usando atores para simular as vozes e representa es de t
172. s de componentes constitu dos por aplica es para navegadores da Internet como applets Java ou ambientes virtuais desenvolvidos em VRML em alguns endere os da Internet Labvirt 2000 Terra 2000 Kiril et al 2000 Physicsweb 2000 c Processo de desenvolvimento pr prio de experimentos virtuais o que implica em aprender a desenvolver programas ou conceber li es usando ferramentas gen ricas dispon veis na Internet como o Alice Pierce et al 1997 linguagens para tais fins como o VRML Ames et al 1997 Mark 1999 ou Java Chan et al 1999 Ritchey 1997 d Desenvolvimento terceirizado por meio de encomenda de produto s desejado s a especialistas ou empresas geradoras de programas computacionais e Desenvolvimento na pr pria institui o por meio de uma equipe de especialistas designada especificamente para este fim A an lise das possibilidades acima apresentadas permite identificar que as solu es a d e e s o via de regra dispendiosas limitando a quantidade de usu rios que a ela t m acesso A op o b tem como inconveniente a impossibilidade de modifica o dos conte dos encontrados sendo necess rio utilizar as solu es pr definidas que nem sempre est o em sintonia com a forma did tica desejada pelo professor em quest o O aprendizado de ferramentas gen ricas item c gera grande demanda de tempo e a necessidade de aprendizado de requisitos b sicos de t cnicas comp
173. s reais Neste caso tais laborat rios podem se utilizados na forma de prepara o para uma aula presencial como complemento ao conte do ministrado pelo professor ou simplesmente como um recurso que permita ao aprendiz interagir com um dado experimento e colher informa es teis ao seu aprendizado O cap tulo seguinte explora alguns exemplos de sistemas utilizados no ensino aprendizagem relativos aos t picos apresentados neste cap tulo 23 3 Ferramentas e Sistemas para Educa o Virtual Interativa E Este cap tulo apresenta algumas ferramentas usadas para desenvolver e suportar conte dos de EVI e trabalhos relacionados com a proposta desta tese destacando as principais caracter sticas e limita es de cada um deles Algumas conclus es s o obtidas a partir da an lise dos mesmos que sustentam os principais aspectos da proposi o de novas arquiteturas 3 1 Linguagens para Suportar Conte dos de atrav s da Internet 3 1 1 Java A linguagem Java foi projetada para ser o padr o universal na transfer ncia de conte dos din micos e execut veis atrav s da Web Ritchey 1997 Do ponto de vista do programador a facilidade provida pelo desenvolvimento voltado a um nico equipamento a Java Virtual Machine JVM permite que pequenos grupos de programadores ou um s possam concorrer com suas aplica es Do ponto de vista de provedores Java pode ser implementada nos servidores normais de HTTP sendo servida
174. sas proposi es de ambientes virtuais 3D educacionais Byrne 1996 Costa 2000 Ipolito 2000 Keller 1999 Lawton 1999 Pantelidis 1996 No entanto observa se que a maioria dessas solu es como as apresentadas por Chen et al 1997 Kiril et al 2000 Meiguins Behrens 1999 Ost et al 1999 Reddy et al 1999 Rudomim 1999 Silva Os rio 2000 n o permitem que professores desenvolvam seus pr prios experimentos e li es limitando se a permitir a utiliza o de solu es envolvendo mundos virtuais pr concebidos Tais limita es obstruem a flexibilidade de desenvolvimento criativo Outras solu es como as propostas de Martins et al 1999 e Pierce 1997 se caracterizam por ambientes de f cil intera o e que permitem cria o de novos mundos virtuais mas t m limita es de aplicabilidade seja por se basearem em tecnologias n o gratuitas seja pela necessidade do usu rio de aprender linguagens espec ficas para usar o software Isto um problema uma vez que a grande maioria de educadores que t m acesso Internet n o possuem habilidades t cnicas e computacionais que lhes permitam conceber seus pr prios mundos virtuais Atualmente um professor que deseja utilizar didaticamente recursos de RV em ensino disp e em geral das seguintes op es a Uso de produtos na forma de aplicativos que ofere am experimentos pr desenvolvidos b Uso de produtos dispon veis em biblioteca
175. ser definida mas permite o desenvolvimento proposto n o simples de ser definida e n o permite o desenvolvimento proposto 150 V d Sugiro inserir novos objetos no experimento 5 tais como V e Sugiro inserir novas rela es entre objetos no experimento tais como VI Observa es sobre o programa que achar relevante 151 VII Sugest es Adicionais Assinatura do Avaliador 152 Lista de Refer ncias ALICE 1998 ALICE Software P gina da Internet do Software Alice que disponibiliza o software e o plug in para utiliza o do mesmo na Internet Carnegie Mellon University Dispon vel em lt http www alice org gt Data de acesso 20 de nov 2000 ALLISON D et al The Virtual Gorilla Exhibit IEEE Computer Graphics and Applications USA p 30 38 Nov Dec 1997 ALVARENGA B M XIMO A Segunda Lei de Newton In Curso de F sica 4 ed Editora Scipione S o Paulo Brasil 1998 p 229 295 AMALDI U Imagens da F sica As Id ias e as Experi ncias do P ndulo aos Quarks Tradu o Editora Scipione S o Paulo Brasil 1995 AMES L A NADEAU R D MORELAND D VRML Sourcebook Second Edition John Wisley amp Sons Inc USA 1997 ANDRADE A WAZLAWICK S R MARIANI A Met
176. si o da massa simultaneamente DEF Mudamola Script field SFFloat spineRadius 1 5 field SFInt32 spinePosition O field SFInt32 spineResolution 32 field SFFloat sepmola 0 04 eventOut MFVec3f spine changed eventIn SFFloat set sepmola eventIn MFVec2f set spineRadius eventIn SFInt32 set spinePosition eventOut SFVec3f valor pos url javascript function initialize generateSpine function set spineRadius sr ts spineRadius sr generateSpine function set spinePosition sp ts spinePosition sp generateSpine function set_sepmola sm ts sepmola sm generateSpine function generateSpine y spinePosition 4 angle 0 0 delta 6 28 spineResolution for i 0 i lt spineResolution 6 i spine changed i 0 spineRadius Math cos angle spine changed i 1 spine changed i 2 spineRadius Math sin angle angle delta y y sepmola valor pos 0 0 0 valor y 1 8 valor pos 2 0 0 18 b Fig 5 26 C digo fonte que Atualiza a Deforma o da Mola e a posi o da Massa 127 O c digo retratado na Figura 5 26 demonstra a integra o da linguagem JavaScript com VRML As mudan as na espinha da mola providas pela fun o generateSpine atualizam o desenho da mola Ao mesmo tempo os valores da posi o massa ou de qualquer outro corpo ligado a uma das extremidades da mola podem ser definidos pelo vetor valor pos O c digo retratado parte do
177. ssibilitam ao autor a edi o e configura o dos elementos do cen rio virtual e do painel de controle que compor o o ambiente virtual do experimento desejado O cen rio virtual composto dos seguintes tipos de objetos objetos de adorno usados para a composi o do cen rio n o participam ativamente dos experimentos e n o exigem defini es relativas a vari veis de experimentos grandezas f sicas Neste grupo est o objetos como fundo de tela cadeiras portas quadros de adorno e outros objetos de experimento usados para compor os experimentos exigem a defini o de atributos relativos a caracter sticas f sicas e geom tricas de forma a definirem o comportamento adequado ao objeto quando inserido em um dado experimento Alguns objetos deste grupo permitem a defini o de uma escala de valores Tais objetos s o capazes de enviar e receber informa es a elementos do painel de controle menus sensores e atuadores 3D usados para trocas de informa es com os objetos do cen rio virtual estando imersos no cen rio Prov m o envio e 75 recebimento de dados relativos aos objetos de experimentos ou ativam a carga de novas p ginas web O painel de controle definido pelo autor e estar dispon vel na experimenta o se comp e dos seguintes objetos Sensores respons veis pelo recebimento de informa es dados dos objetos de experimento H sensores de velocidade posi o e outras propriedades f
178. sterior produ o de material compat vel com a Internet prov facilidades em rela o a solu es que imp em a necessidade de programas auxiliares como a proposta do sistema Alice Destacam se como facilidades a dispensa de necessidade de baixar programas espec ficos para utiliza o de um dado sistema e instal los a possibilidade de adequa o de vers es sem a necessidade de exigir do usu rio constantes atualiza es e a preserva o da independ ncia de plataformas a uni o de VRML com JavaScript indispens vel para a descri o comportamental dos objetos JavaScript utilizada para a constru o das opera es dos objetos da arquitetura A op o por inserir o c digo JavaScript dentro dos objetos VRML foi fundamental para permitir a descri o comportamental dos mesmos e viabilizar os prot tipos na associa o de VRML com Java atrav s da EAI ainda h diversos problemas principalmente relativos a retorno da informa o gerada pelos componentes do cen rio virtual apresentado por um plug in VRML Neste aspecto mesmo com a troca do plug in e das classes Java associadas a implementa o enfrentou problemas tais como as limita es das informa es derivadas dos n s VRML para os applets que necessitam estarem associadas a um n VRML previamente definido os diversos navegadores da Internet apresentam limita es ao uso combinado de VRML Java e JavaScript No caso do Netscape a utiliza o de JavaS
179. t tipos n o s o limita es da arquitetura A evolu o das linguagens utilizadas nos prot tipos pode possibilitar que algumas das restri es atuais dos prot tipos sejam acomodadas dando melhores condi es de desenvolvimento do projeto do sistema Neste cen rio o constante aprimoramento de Java e a evolu o de VRML para o X3D pode definir o investimento na elabora o de novos prot tipos ou at mesmo da solu o completa da arquitetura com utiliza o destas linguagens Visando uma discuss o mais elaborada de tais expectativas o cap tulo seguinte aborda as principais conclus es e os trabalhos futuros 143 7 Conclus es e Trabalhos Futuros e 7 1 Pre mbulo Esta tese apresentou uma arquitetura para um meta ambiente provendo uma infra estrutura para concep o de ambientes virtuais relacionado a um dado dom nio de aplica o Alguns prot tipos de partes desta arquitetura foram implementados com utiliza o de linguagens de programa o compat veis com a Internet Finalmente o trabalho apresentou uma avalia o efetuada por professores do n vel m dio dos prot tipos e da proposi o da arquitetura 7 2 Conclus es A partir da revis o bibliogr fica e do processo de an lise e projeto do sistema p de se constatar que 1 h demanda sistemas capazes de proporcionarem a usu rios desprovidos de conhecimentos de t cnicas de programa o e Computa o Gr fica a desenvol
180. tamento din mico e permite a visualiza o da oscila o e da convers o de Energias Considerando a troca de eventos entre objetos do cen rio o objeto Mola atualiza por mensagem a posi o do objeto Massa dando ao experimentador a no o do comportamento real do sistema Em cada oscila o uma nova espinha gerada para a mola de forma que a dist ncia entre as espiras seja alterada De forma a apresentar as intera es entre os objetos da interface al m das mensagens s o apresentados diagramas de segii ncia relativos ao sistema Massa Mola Figura 5 25 Experimentador Bot o Oscilar Bot o Massa il 1 2 oscilar od posi o iza valor 5 apresenta valor texto 7 iza valor 9 apresenta valor texto Fig 5 25 Diagrama de Seqii ncia de uma Oscila o 126 A implementa o dos diversos objetos e das trocas de mensagens que s o apresentadas na Figura 5 25 efetuada com a combina o das linguagens VRML e JavaScript A atualiza o de objetos do cen rio virtual tal como a deforma o da mola e a posi o da massa s o implementadas por fun es JavaScript inseridas no c digo fonte do cen rio virtual escrito em VRML A Figura 5 26 apresenta o c digo da fun o JavaScript que atualiza a deforma o da mola e a po
181. terface definindo as reas de objetos de interface painel de controle e cen rio virtual contendo as tr s reas principais desta interface A rea de widgets cont m os objetos de interface que propiciam a defini o dos objetos que compor o o Cen rio Virtual e o Painel de Controle Na rea do Painel de Controle o autor pode inserir objetos relacionados com o controle dos objetos de cen rio e objetos relacionados medi o de vari veis Cen rio Virtual Painel de Controle Ferramentas de Configura o Fig 4 10 Esquema B sico da Interface para o Autor 95 O painel de controle deve conter os objetos relacionados com intera es indiretas de forma a minimizar a perda da imers o subjetiva H no entanto possibilidade de o autor optar por inserir menus 3D no Cen rio Virtual de forma a adaptar o sistema para solu es de RV imersivas Estes objetos de controle s o ativados por toques ou sele es de outros objetos existentes no cen rio e atuam sobre o objeto chamador atualizando atributos ou ativando m todos Desta forma o autor pode optar por solu es de concep o de experimentos que incluem ou n o o Painel de Controle 4 2 2 Interface de Experimenta o A interface ser constitu da por um cen rio virtual como um laborat rio comum onde arm rios conter o os kits de experimentos desenvolvidos S o elementos de cen rio cadeiras mesas portas de entrada e de sa
182. tre Objetos de Experimentos Co Estabelecimento de Rela es com Atuadores e Sensores Fig 4 5 Casos de uso do software LVF para o autor Descri o do caso de uso Sele o do kit de Experimento Fluxo de eventos principal O caso de uso come a pela sele o de uma dado kit de experimento atrav s da interface inicial do sistema O sistema solicita o nome do usu rio e uma senha em uma caixa de di logo O autor confirma a entrada pressionando a tecla Enter O sistema carrega uma p gina Web composta por um ambiente virtual e 79 um painel de controle por definir al m das Ferramentas de Configura o um conjunto de widgets para defini o dos objetos e das rela es Fluxo excepcional de eventos Se o autor introduzir um nome de usu rio ou senha inv lidos o sistema solicita novamente estes dados Se isso acontecer por tr s vezes consecutivas o sistema cancela a transa o Descri o do caso de uso Defini o de Objeto de Adorno Fluxo de eventos principal O caso de uso come a com a sele o de um objeto de adorno associado a uma widget O sistema solicita atributos do objeto de adorno relativos a seu posicionamento e sua apar ncia O autor define tais atributos e pressiona a tecla Enter O objeto inserido no ambiente virtual em desenvolvimento Fluxo excepcional de eventos Se o autor definir valores absurdos para atributos do objeto ou omitir valores necess rios uma mensagem de erro
183. ucacionais tem mostrado bons resultados relativos aprendizagem Byrne 1996 Pausch et al 1997 a Educa o a Dist ncia EAD hoje largamente aceita pela sociedade e at incentivada pelo Governo Brasileiro MEC 2001 uma importante forma de ensino que tem ganhado muita for a com o uso das telecomunica es do computador e mais recentemente da Internet Apesar deste ambiente prop cio e do grande potencial da EVI n o se verifica ainda uma dissemina o de aplica es de Realidade Virtual na Educa o no mesmo ritmo percebido em tecnologias baseadas apenas em Hiperm dia via World Wide Web Web Analisando aspectos relativos aos resultados providos pela utiliza o de tais tecnologias Schank 2001 aponta que a simples substitui o de aulas presenciais por apostilas Hiperm dia ou v deos atrav s da Internet caracterizada por perdas significativas no processo de aprendizado principalmente pelo fato de o aluno n o poder aprender fazendo Diante de tais constata es verifica se que uma das aplica es potenciais de RV na educa o est relacionada com o desenvolvimento de laborat rios virtuais que apesar de n o serem compar veis a um verdadeiro laborat rio possibilitam aos aprendizes sensa es mais pr ximas das relativas experi ncia real O desenvolvimento destes laborat rios compat veis com a Web constitui se em importante recurso a situa es em que barreiras geogr ficas ou de custos i
184. ue um usu rio pode definir seu pr prio n Ames et al 1997 Na defini o dos objetos de experimentos este recurso relevante pois possibilita que seja definido um n relacionado a um objeto valores relativos ao modelo implementado relativos aos atributos as opera es sobre estes valores relativas aos m todos e os campos de entrada e sa da de valores relacionados com o n mensagens oriundas do objeto ou por ele recebidas A Figura 5 5 representa a adequa o de utiliza o dos n s proto para a defini o dos objetos de experimentos do sistema atrav s da associa o de componentes das classes com componentes dispon veis nos n s proto da linguagem de implementa o Objetos de Experimentos Nos protos Nome Atributos fields e exposedFields Apar ncia Opera es Fun es Seripts eventin Mensagens eventOut Fig 5 5 Rela o de Objetos de Experimentos com n s VRML 107 Os campos do n relacionados com a interface do n fields exposedFields eventOut podem ser do tipo real inteiro string booleano e relativos a tempo descri o da apar ncia do objeto est relacionada com a geometria do n podendo ser feita com a utiliza o de n s existentes ou definidos pelo usu rio outros n s Fun es Script descritas no n proto operam sobre os atributos e definem as entradas e sa das de mensagen
185. uloSolo ValteraTexturaC u ValteraTexturaSolo B sico Fundo de Cena Gramado Fundo de Cena Praia Fundo de Cena corC u 0 0 0 2 0 8 0 3 0 5 0 6 0 9 0 9 0 8 corC u 0 0 0 2 0 8 0 3 0 5 0 6 0 9 0 9 0 8 corC u 0 0 0 2 0 8 0 3 0 5 0 6 0 9 0 9 0 8 ngulollumina o 1 309 1 571 ngulollumina o 1 309 1 571 ngulollumina o 1 309 1 571 corSolo 1 0 0 10 0 0 0 4 0 25 0 2 0 6 0 6 0 6 texturaSolo grama jpg texturaSolo sand jpg nguloSolo 1 309 1 571 Fig 5 1 Objetos relativos classe Fundo de Cena 104 Observa se que os atributos da classe Fundo de Cena s o relativos ao c u solo que ser visualizado no cen rio virtual e que as opera es permitem a altera o de tais atributos a partir de mensagens externas que contenham par metros de modifica o se necess rio Os objetos destacados na Figura 5 2 relacionam se com panos de fundo caracter sticos de um dia ensolarado com solos variando entre um solo comum sem qualquer caracter stica particular e solos caracter sticos de um gramado ou da areia de uma praia As texturas aplicadas as caracter sticas definidas pelos atributos nA nguloSolo que s t m validade na aus ncia total de texturas A Figura 5 2 apresenta os resultados de implementa o dos tr s objetos citados B sico Fig 5 2 Resultado da Implementa o dos Objetos Relativos Pano de Fund
186. undos virtuais previamente definidos e com pouco dinamismo de formas c N o h intera o com os objetos do mundo virtual 3 3 6 LVEE Laborat rio Virtual para Experi ncias de Eletr nica Desenvolvido na P s Gradua o da Pontif cia Universidade Cat lica de Campinas PUC Campinas o LVEE um ambiente virtual que permite a estudantes efetuarem experimentos virtuais de eletr nica com objetivo de solidificar a teoria de circuitos eletr nicos Desenvolvido com uso de VRML a EAI External Authoring Interface com Java caracteriza se pela troca de informa es entre um applet e um mundo virtual Meiguins Behrens 1999 O projeto se fundamenta na concep o de um ambiente virtual que adota modelos do mundo real usados ras disciplinas de Circuitos El tricos Eletr nica B sica Circuitos L gicos e Arquitetura de Computadores Experi ncias com utiliza o de resistores capacitores indutores amper metros volt metros e fontes s o disponibilizadas por modelos 54 destes elementos simulados em VRML e cujos par metros e disposi o no circuito s o definidas por um applet Java Assim um usu rio que deseje uma simula o deve selecionar componentes disp los em circuito e definir ou modificar seus par metros como pode ser visto na Figura 3 24 Fig 3 24 Desenvolvendo Experi ncia no LVEE Ap s defini o o programa aciona o software Simulations Program with Integrated Circuit Emphas
187. unica o a intera o na rede limitada b falta de tratamento particular para cada estudante sendo que um grande n mero de pessoas diferentes e com diferentes graus de dificuldades s o tratadas de forma similar c problemas relacionados com a rede em si envolvendo dificuldade de tr fego inacessibilidade para alguns e tempo excessivo de carga al m da impossibilidade da comunica o bi direcional para alguns s tios d custos de equipamento elevado e gerenciamento de problemas relacionados a montagens de s tios tais como viola es de direitos autorais incerteza do livre acesso a Web ser continuado ser que o livre acesso a Web n o tem prazo para terminar A discuss o pressup e que a adequa o dos meios Internet ferramentas de desenvolvimento projetos de concep o propostas do que pode ser disponibilizado de forma virtual interativa etc de forma a propiciar uma melhoria da aprendizagem quer seja exclusivamente presencial quer seja virtual interativa deve ser baseada em an lise da necessidade e em projeto direcionado a solu es espec ficas sob pena de expectativas frustadas por m solu es Lawhead 1997 Este trabalho investe no desenvolvimento de ferramenta para EVI com a aplica o de t cnicas de Realidade Virtual com o objetivo de minimizar os problemas dos itens a b d e e citados anteriormente A se o seguinte destaca aspectos relevantes de tecnologias associadas a Realida
188. uns desafios envolvidos com a implementa o e com o desenvolvimento das interfaces al m de decis es de projetos O cap tulo seis apresenta resultados e limita es al m da avalia o dos prot tipos pelos usu rios apontando problemas relatados sugest es resultados de utiliza o e as limita es dos prot tipos As conclus es e sugest es para trabalhos futuros s o apresentadas no ltimo cap tulo desta tese Por fim a lista de refer ncias bibliografia apresentada Comp em este trabalho dois anexos o primeiro apresenta o diagrama de classes relativo arquitetura proposta no cap tulo quatro e o segundo anexo o question rio encaminhado a usu rios do prot tipo de forma a identificar sugest es e aplicabilidade 2 Educa o e Realidade Virtual 2 1 Intera o na Educa o 2 1 1 Educa o a Dist ncia e Educa o Presencial 4 avan o tecnol gico o ensino a dist ncia hoje visto n o s como um sistema especial mas como uma parte integrante do aprendizado que prepara profissionais nas diversas reas de ensino e pesquisa Muitas institui es educacionais est o respondendo a estes desafios aperfei oando e desenvolvendo programas de Educa o a Dist ncia EAD Recursos como redes de trabalho videoconfer ncia computa o colaborativa Internet e outros est o sendo utilizados para uma maior intera o do aluno com o professor melhorando a qualidade do
189. urnal of Engineering Education 78 7 674 681 Apr 1988 FOLEY et al Computer Graphics Principles and Practice Second Edition in Addison Wesley Publishing Company USA July 1997 FURLAN J D Modelagem de Objetos Atrav s da UML The Unified Modeling Language Ed Makron Books do Brasil S o Paulo Brasil 1998 GREEN M HALLIDAY 5 A Geometric Modeling and Animation System In Communications of the ACM v 39 n 5 p 46 53 May 1996 GROVE A V para a Internet ou morra Revista Info Exame Se o Clique Final p 99 out 1999 156 HILTZ R S WELLMAN B Asynchronous Learning Network as a Virtual Classroom In Communications of The ACM v 40 n 9 p 44 49 Sept 1997 EXPLORER 5 0 Microsoft Corporation P gina do Navegador para Internet da Microsoft Dispon vel em lt http www microsoft com br ie gt Acesso em 10 de nov 2000 IPOLITO J KIRNER C T cnicas de Otimiza o e Realismo em Aplica es de Realidade Virtual usando VRML In 1 Workshop Brasileiro de Realidade Virtual WRV 97 S o Carlos S P Brasil 1997 p 91 100 IPOLITO J KIRNER Projeto de Ambientes Virtuais Multi Usu rios Usando Java e VRML In 7 WORKSHOP ON VIRTUAL REALITY WRV 2000 Gramado RS Brasil out 2000 p 169 180 JACOBSON I et al Object Oriented Software Engineering Addison Wesley Publishing Company USA 1992 JAVA Java Devopment Kit JDK S tio da Internet que cont m ferramentas pa
190. utacionais desviando o professor de sua atividade fim Quando o desenvolvimento relacionado cria o de um sistema RV agravam se itens como a necessidade de dom nio de modelagem geom trica tridimensional simula o em tempo real navega o colis o projeto de interfaces e aplica es simples e distribu das em diversas reas Kirner 1997 Martins et al 1999 Green Halliday 1996 apontam que uma das principais necessidades de pesquisa nesta rea est relacionada com a redu o do esfor o requerido para a cria o de novos ambientes virtuais j que geralmente h a exig ncia de alguma forma de programa o Este fator aumenta o custo de desenvolvimento uma vez que equipes de produ o necessitam incluir um programador nem sempre familiar ao dom nio da aplica o Uma forma de redu o do custo de constru o a concep o de novas ferramentas acess veis tanto a programadores quanto a n o programadores Por outro lado discutindo aplica es de RV Johnson 1998 aponta que ambientes virtuais suportados por monitores convencionais criam uma grande oportunidade para concep o de interfaces inovadoras e que t cnicas tradicionais de intera o falham no suporte a esta forma de desenvolvimento Para evitar tais falhas necess rio centrar o desenvolvimento na diversidade de tarefas di rias da popula o envolvida identificando as de forma que a an lise n o seja constitu da de suposi es sobre
191. verem seus pr prios ambientes virtuais meta ambientes desobrigando os mesmos do aprendizado de t cnicas espec ficas tais como a associa o de transforma es etc ii a defini o das classes do sistema de forma bottom up ou seja a partir da defini o de objetos e seus atributos contribui para uma boa separa o de classes permeando um bom agrupamento por funcionalidade dos objetos envolvidas com a solu o do meta ambiente que gerar os experimentos virtuais desejados a utiliza o de m dulos de compiladores analisadores l xicos sint ticos geradores de c digo indispens vel arquitetura dos meta ambientes j que tais m dulos executam pap is importantes na interpreta o de comandos dos usu rios na verifica o de erros e na gera o dos c digos dos ambientes virtuais definidos pelos usu rios do sistema iv 144 a arquitetura proposta e a implementa o apresentam vantagens relativas portabilidade e adequa o a prop sitos de educa o presencial e a dist ncia relacionadas com a utiliza o de linguagens de programa o independentes de plataforma VRML Java JavaScript compat veis com a Internet e RV n o imersiva Com a utiliza o dos prot tipos desenvolvidos com base nos aspectos definidos para a arquitetura do sistema p de se verificar 1 iv a utiliza o de linguagens de programa o independentes de plataforma como Java VRML e JavaScript e a po
192. vers o mais atual onde podem ser observadas a janela de visualiza o de imagens bem no centro da GUI os elementos de interface de controle da visualiza o Camera Controls na forma de setas de modo a facilitar a opera o de visualiza o e explora o os bot es de adi o de elementos e textos no cen rio Add Object e Add Text uma linha para comandar a es 37 sobre objetos seguida de uma rvore que apresenta as atuais defini es da cena menu de comando Alice version 1 March 1999 3 10 de 1 Finished Loading Fig 3 10 Tela Inicial do software Alice Al m disso uma segunda pasta denominada Script pode ser ativada de forma a definir um roteiro de anima o de objetos e ou suas partes O Help cont m uma se o de exemplos que podem ser ativados para an lise com diversos exemplos de anima o adi o de sons movimenta es de partes do objeto etc A observa o da GUI permite concluir a disposi o dos programadores em desenvolver uma interface intuitiva de forma a possibilitar tanto o desenvolvimento quanto a navega o simplificada 3 3 1 2 Utiliza o da Ferramenta A elabora o de mundos virtuais necessita da defini o dos elementos que compor o a cena a rela o entre eles o fundo o ponto de vista c mera dimens es dos elementos algumas propriedades f sicas cores etc Este t pico
193. vos if evt target botaon String strn strn texton getText estado strn String arq boolean control2 control true 1f control2 diretorio v 1 RandomAccessFile file new RandomAccessFile diretorio strn wrl rw file writeBytes FVRML V2 0 08 file writeBytes Nr file writeBytes Strrotas file close texto setText Arquivo salvo Fim de opera o Fig 5 19 Fragmento de c digo do Tratador de Arquivos applet Java Ao final da opera o Salvar uma mensagem de opera o completa mostrada ao autor na rea de textos do applet De forma a viabilizar as proposi es da arquitetura do sistema que prev uma condi o de intera o direta do usu rio com o AV adversa das disponibilizadas pela GUI do prot tipo ser necess ria a defini o de uma extens o para esta interface uma vez que na proposi o do sistema permitido ao autor selecionar um dado elemento no ambiente virtual arrast lo para a posi o que deseja e ent o definir seus par metros intera o direta A combina o apresentada na interface da Figura 5 15 capaz de prover uma boa defini o dos par metros e uma adequada realimenta o das informa es dadas pelo autor 121 ao applet mas n o suporta o esquema de intera o direta autor meta ambiente que atenda aos objetivos do sistema Isto posto para verificar a adequa o da continuid
194. wave definidas por pesquisadores de todo o mundo e disponibilizadas gratuitamente grande o n mero de applets Java em diversos links oferecidos pelo s tio onde podem ser obtidos visualiza es 2D de conceitos como reflex o e refra o da luz experi ncia de Young difra o da luz entre outros Um das se es do s tio mais relacionada aos objetivos deste trabalho cont m ambientes virtuais concebidos em VRML para apresenta o de conceitos de F sica de forma a permitir ao usu rio intera o e modifica o de par metros f sicos e os efeitos de tais modifica es Para relato separou se a experi ncia de um p ndulo imerso ao mesmo tempo em um campo magn tico e em um campo gravitacional que pode ser visualizado na Figura 3 25 O p ndulo sofre modifica es de comportamento na oscila o de acordo com a intensidade dos campos envolvidos que s o definidas pelo usu rio atrav s de toques nos bot es de controle que se encontram abaixo do p ndulo O usu rio tem a sensa o de observar e participar de um experimento real com a vantagem de estar visualizando linhas de campo magn tico que s o imagin rias abaixo do p ndulo As principais limita es dos programas apresentados pelo s tio limita es comuns a todos eles s o a impossibilidade do usu rio manipular os objetos inserindo os e retirando os de forma a experimentar varia es nos mundos virtuais apresentados b n o permitem que o usu rio crie
195. xposto em b d An lise de resultados a partir da submiss o dos prot tipos a usu rios convencionais e Identifica o das a es visando a continuidade do desenvolvimento para adequa o e aprimorando da arquitetura proposta 1 5 Organiza o da Tese Este trabalho est dividido em sete cap tulos incluindo esta introdu o e est assim organizado Para o entendimento das barreiras relacionadas com as interfaces convencionais e as solu es existentes o cap tulo dois apresenta a Realidade Virtual destacando sua import ncia com respeito educa o intera o homem m quina e problemas relacionados com interfaces e Educa o Virtual Interativa que s o os principais fundamentos do trabalho desenvolvido O cap tulo tr s apresenta sistemas relacionados com Educa o Virtual Interativa distinguindo alguns sistemas e solu es dispon veis apresentando suas principais limita es e contribui es O projeto do sistema proposto est ilustrado no cap tulo quatro em tr s t picos principais especifica o do sistema arquitetura do sistema e das interfaces Detalhes do projeto s o relatados e apresentados de forma a permitir o processo de desenvolvimento al m dos requisitos e das fases de an lise do software desenvolvido O cap tulo cinco retrata a implementa o de alguns prot tipos de partes do sistema apresentando as ferramentas utilizadas os requisitos necess rios detalhes de c digos alg

Texto da tese - Alexandre Cardoso, Dr.

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