Realidade Virtual e Informática Educativa

por Patricia Cristiane de Souza

(patricia@unirondon.br; deptoinf@nutecnet.com.br)

1. Realidade Virtual

"O virtual possui uma plena realidade, enquanto virtual." Gilles Deleuze,Différence e répétition

A palavra virtual originou-se do latim medieval virtualis, e este é derivado de virtus, que significa força, potência. Mas, se percorrermos algum dicionário da língua portuguesa, vamos encontrar a definição para virtual como sendo algo possível, susceptível de existir embora sem ser reconhecido ou admitido. Já a palavra realidade significa um evento real, entidade, existência, natureza. O que nos leva a crer então que a realidade virtual é uma natureza que é real em efeito mas não o é de fato.

A Realidade Virtual (RV) tem sido definida em [PAN 93], como um ambiente multimídia baseado em computador, altamente interativo, no qual o usuário torna-se um participante através do computador de um mundo "virtualmente real". Num ambiente virtual, o usuário não parece estar distante da tela do computador, mas torna-se parte da ação na tela, dando a sensação de participação.

RV é definida também como uma simulação gerada por computador de um mundo real ou imaginário. Ela pode ser gráfica, quando possui a representação gráfica do mundo (por exemplo uma caminhada por um edifício); ou textual, quando possui a descrição textual do mundo (por exemplo a descrição de uma cidade onde os participantes podem interagir uns com os outros, como ocorre nos MUDs e MOOs).

A realidade virtual pode ser considerada como uma ferramenta para visualizar, manipular, explorar, interagir e modificar - através do computador, dados extremamente complexos de uma forma natural, muito semelhante ao que se faria no caso da ação sobre o dado real. Vista deste ângulo, pode-se salientar quatro características principais dos sistemas de realidade virtual:

1. imersão;

2. interação;

3. envolvimento;

4. grau de realismo.

A imersão impõe ao usuário a sensação de estar dentro do ambiente. Seus movimentos refletem-se dentro do ambiente através de diversos dispositivos, tais como o capacete, a luva, entre outros.

A interação é definida como a capacidade que o sistema de RV tem, de responder ao usuário. Esta interação depende de três fatores:

1. capacidade do computador para detectar as ações do usuário;

2. capacidade de modificar o mundo virtual com rapidez;

3. capacidade reativa do sistema, ou seja, de como o sistema consegue gerar ações sobre os sentidos do usuário.

Neste último item cabe verificar, na análise de um ambiente de RV, quais são os dispositivos que o usuário pode manipular e qual a gama de ações estes conseguem captar ou gerar sobre este usuário.

Já o envolvimento, está ligado à capacidade que o sistema de RV possui de cativar ou engajar o usuário para uma certa atividade. De todos os aspectos envolvidos este é o que está menos vinculado ao lado tecnológico, depende isto sim, da criatividade de quem projeta o ambiente. Um exemplo disto são os programas de multimídia, que muitas vezes, mesmo com toda parafernália técnica disponível, não conseguem envolver o usuário por muito tempo.

E, por último, o grau de realismo, este se refere à qualidade da imagem, do som, do tempo de resposta, etc., ou seja, neste item avaliam-se todos os aspectos do ambiente pertinentes a quão real o sistema se apresenta.

Várias são as definições de RV encontradas na literatura, muitas delas são criadas em função do trabalho que se está desenvolvendo. A RV geralmente é um ambiente multiparticipante, denominada de micromundo, possui som 3D, e o usuário é representado fisicamente no ambiente através de um avatar. A expressão avatar, amplamente utilizada para representar personagens em ambientes 3D, significa na meditação religiosa Indiana uma manifestação de um deus ou um ser espiritual na terra.

Nos sistemas de RV a representação humana é um fator altamente relevante. A aparência estática não é muito convincente, os movimentos, as expressões e, mais importante ainda, as características humanas são cruciais.

Pode se dizer que o uso de avatar é o próximo passo para representação pessoal na Internet. Combinado com os objetos eles representam todo o aspecto do mundo "real".

1.1. Classes de Sistemas de Realidade Virtual

Conforme Pinho, em [PIN 96a], os sistemas de realidade virtual são classificados em cinco categorias:

1. Window on World Systems;
2. Video Mapping Systems;

3. Sistemas Imersivos;

4. Sistemas de Telepresença ou Teleoperação;

5. Sistemas de Realidade Aumentada.

Os Window on World Systems ou Sistemas com Janelas para o Mundo, são aqueles nos quais o usuário vê o universo virtual por uma tela convencional de computador. Nesta classe enquadram-se hoje a grande maioria dos jogos eletrônicos, os sistema interativos de navegação além de softwares educacionais. O som destes ambientes é produzido por caixas de som como as dos tradicionais kits multimídia. Os sistemas desenvolvidos dentro desta classe não utilizam equipamentos para imersão.

Os Sistemas de Video Mapping concentram-se na interpretação dos movimentos do usuário [KRU 91] sem que este precise usar dispositivos ligados ao corpo. A idéia nestes sistema é capturar, através de uma câmera de vídeo, os movimentos do usuário e a seguir interpretá-los, usando processamento de imagens e reconhecimento de padrões [FOL 92].

Nos Sistemas Imersivos o usuário se sente dentro do ambiente virtual. Para tanto, veste um capacete de realidade virtual, luva, rastreador de posição e fones de ouvido. Com estes equipamentos o usuário é "desligado do mundo real" e passa a visualizar, ouvir e sentir apenas os estímulos gerados pelo computador. As ações do seu corpo são interpretadas como a única forma de entrada dos dados [ISD 96].

Os Sistemas de Telepresença ou também chamados de Teleoperação, são aqueles em que o usuário é colocado em um ambiente real sem de fato estar presente nele. A idéia é que as ações do usuário alterem um mundo físico real diferente daquele onde ele se encontra. Estes sistemas são muito utilizados para treinamento ou manipulação de objetos à distância.

Os Sistemas de Realidade Aumentada fazem uma espécie de "fusão" da imagem de um ambiente real com uma informação gerada por computador. Com sistemas deste tipo é possível, por exemplo, olhar para uma impressora e "ver o seu interior". A idéia é que o sistema de RV capture a imagem da impressora (com uma câmera colocada na cabeça do usuário), faça a fusão desta imagem com a imagem gerada a partir do modelo da impressora (criado em um programa de CAD) e por fim coloque esta imagem, resultante da fusão, no visor de um óculos que o usuário esteja usando.

Um outro uso deste tipo de sistema é a consulta de normas técnicas para manutenção. A empresa Boeing por exemplo, está testando um sistema [HED 96] onde os manuais de seus equipamentos aparecem em um visor acoplado ao óculos do técnico que está realizando o conserto, eliminando assim, a necessidade de que ele tire os olhos do equipamento quando precisar fazer uma consulta.

1.2. Dispositivos de Realidade Virtual

Atualmente existem diversos tipos de dispositivos para sistemas de RV. Nesta seção, pretende-se apenas apresentar alguns destes, salientando suas principais funções e características.

A função básica dos dispositivos de RV é produzir no usuário a sensação de imersão em um ambiente virtual. Para isto, eles atuam de duas formas:

1. lendo os movimentos realizados pelo usuário (ou seja, pelas várias partes do seu corpo), o qual pode ocorrer através de: (i) leitura da posição de um ponto no corpo do usuário (rastreamento), ou (ii) leitura do ângulo de flexão ou rotação de um membro ou parte do corpo do usuário;

2. impressionando seus sentidos a fim de simular sensações, o qual ocorre em geral sobre a visão, a audição e o tato.

1.2.1. Dispositivos de Visão

Stereo Glasses ou Shutter Glasses

Este óculos são utilizados em aplicações como visualização científica ou cirurgias nas quais várias pessoas precisam observar a mesma imagem estéreo. Estes dispositivos buscam gerar estas imagens a partir de uma tela de computador padrão.

A idéia básica é colocar nos usuários pares de óculos com lentes de cristal líquido capazes de bloquear sua visão quando necessário. O sistema funciona do seguinte modo:

1. exibe-se na tela a imagem correspondente à do olho esquerdo e bloqueia-se a visão do olho direito;

2. a seguir faz-se o contrário, ou seja, exibe-se a imagem do olho direito e bloqueia-se a visão do esquerdo.

A maior dificuldade neste sistema, é garantir o sincronismo no processo de exibição, a fim de que o usuário não perceba o funcionamento de tal processo.

Head Mounted Displays

Os Head Mounted Displays (HMD) ou também conhecidos como VPC - Visores Presos à Cabeça, exibem as imagens de uma cena virtual em duas pequenas telas (uma para cada olho). Estes dispositivos podem ser construídos com dois tipos de monitores, os CRTs ou monitores de TV e os monitores de cristal líquido (LCDs). Enquanto os CRTs são pesados e exibem imagens de alta resolução com altas voltagens muito próximas à cabeça do usuário, os LCDs, por sua vez, são leves, podem ser usados com pequenas voltagens, mas com resolução baixa.

Geralmente, existem sistemas de rastreamento da posição da cabeça acoplados aos HMDs, a fim de permitir a atualização das imagens do mundo virtual de acordo com a direção para onde o usuário está olhando.

1.2.2. Dispositivos de Rastreamento

Os dispositivos de rastreamento ou os tracking devices procuram determinar a posição ou a orientação de uma parte do corpo do usuário. Existem seis tipos básicos de rastreadores [ISD 96]:

mecânicos - possuem alta velocidade e precisão no rastreamento, em contrapartida, diminuem a mobilidade dos usuários, os quais vestem um capacete que é preso a um braço mecânico articulado;

ultra-sônicos - possuem pouca precisão, mas utilizam apenas pequenos emissores de ultra-som presos ao corpo, o que dá bastante mobilidade ao usuário;

magnéticos - utilizam conjuntos de bobinas para produzir campos magnéticos e sensores para determinar o tamanho e a direção destes campos;

extração de imagens - são acoplados ao corpo do usuário, vários leds que devem ser rastreados e filmados por uma câmera, as imagens filmadas são processadas e, em função da posição das luzes, calcula-se a posição do usuário;

óticos - podem ser considerados como uma inversão dos rastreadores por extração de imagens. São colocadas quatro câmeras sobre a cabeça do usuário, que filmam o teto que é composto por uma matriz de leds estáticos. Através de um padrão que reconhece o caminhar do usuário e registra acendendo ou não os leds, pode-se reconhecer o caminhar do usuário e com as outras câmeras sua rotação;

sem referencial (sourceless trackers) - criados para dar maior mobilidade ao usuário, estes rastreadores possuem três categorias principais: os inclinômetros, as chaves de inclinação e os sensores piezoeléctricos de pressão e torção [HOL 95].

1.2.3. Luvas Eletrônicas

As luvas eletrônicas buscam capturar os movimentos das mãos e dos dedos para utilizá-los como forma de interação com o usuário. Os modelos mais conhecidos são: a Data Glove, criada pela empresa VPL, que utiliza fibra ótica e mediadores de luminosidade, e a Power Glove, criada pela empresa Mattel, que usa tinta condutora para aferir o movimento dos dedos.

1.2.4. Dispositivos Geradores de Sensação de Tato e de Força

Estes dispositivos são denominados de haptic interfaces e são responsáveis por produzirem a sensação de tato (touch feedback) ou de força (force feedback). São utilizados em ambientes de RV para enfatizar ainda mais a sensação de imersão.

A sensação de tato provê informações sobre a geometria da superfície, sua textura ou sua temperatura. Por outro lado, a sensação de força fornece informações sobre o peso do objeto e sua consistência.

1.3. Aspectos de um programa de RV

Os componentes básicos de um sistema de RV podem ser divididos em: processador de entrada, processador de simulação, processo de rendering e base de dados do mundo [ISD 93]. Todas estas partes devem considerar o tempo requerido para processamento. Cada atraso no tempo de resposta, diminui o sentido de "presença" e realidade da simulação.

1.3.1 O Processo de Entrada

Este processo controla os dispositivos usados para dar as informações de entrada para o computador. Há uma grande variedade de possíveis dispositivos de entrada: mouse, teclado, joystick, luva, óculos, HMD, etc. Um sistema de RV baseado em rede, deve ainda adicionar as entradas recebidas pela rede.

Na verdade, o processamento de entrada de um sistema RV é bastante simples. O objetivo é dar as coordenadas dos dados ao sistema com o mínimo de tempo gasto.

1.3.2. O Processo de Simulação

Pode-se dizer que o ponto central de um sistema RV é o processo de simulação. Este processo deve conhecer os objetos e as várias entradas. Ele trata as interações, os scripts das ações dos objetos, simulações das leis físicas (reais ou imaginárias) e determina o status do mundo. Esta simulação é basicamente um processo discreto que é executado uma vez para cada passo ou frame. Uma aplicação RV em rede pode ter múltiplas simulações rodando sobre diferentes máquinas, cada uma com a contagem de tempo diferente. A coordenação destas pode ser uma tarefa uma tanto complexa.

Esta fase é responsável por pegar as entradas dos usuários junto com as tarefas programadas dentro do mundo tais como colisão, detecção, scripts, etc., e determinar as ações que irá tomar no mundo virtual.

1.3.3. O Processo de Rendering

Os rendering processes criam as sensações levadas ao usuário e são responsáveis pela criação da imagem virtual a partir da descrição do mundo. Uma aplicação RV em rede deveria também ter dados de saída para outros processos da rede. Deve haver processos separados de rendering para sistemas de sensoriamento, visão, audição, toque, e outros. Cada processo deveria ter uma descrição do estado do mundo do processo de simulação ou diretamente da base de dados para cada contagem de tempo - time step.

1.3.4. A Base de Dados do Mundo Virtual

O armazenamento das informações dos objetos e do mundo é a maior parte do projeto de um sistema de realidade virtual. As primeiras coisas a serem armazenadas na base de dados do mundo ou nos arquivos de descrição do mundo, são os objetos que habitam o mundo, scripts que descrevem as ações destes objetos ou os usuários (coisas que podem acontecer ao usuário), iluminação, além dos dispositivos de hardware.

É possível armazenar tais informações em um único arquivo, em um conjunto de arquivos ou em uma base de dados. O método de múltiplos arquivos é o mais utilizado, nesse caso a cada objeto associa-se um ou mais arquivos (geometria, scripts, etc.) e há ainda alguns arquivos do mundo que acionam outros arquivos para serem carregados. Alguns sistemas também incluem um arquivo de configuração que define as conexões de interfaces de hardware.

A base de dados pode ser carregada durante o startup do sistema, ou o sistema pode apenas ler os arquivos necessários.

Os dados dos arquivos geralmente são armazenados como arquivos texto (ASCII), entretanto em muitos sistemas eles são substituídos por arquivos binários. Alguns sistemas possuem toda a informação do mundo virtual compilada dentro da própria aplicação.

1.3.5. O Mundo Virtual

O próprio mundo virtual precisa ser definido como um "espaço do mundo". O computador deve relacionar um valor numérico sobre as localizações de cada ponto para cada objeto dentro do mundo num sistema de coordenadas, que são geralmente expressas em dimensões cartesianas (X, Y e Z).

A maior limitação sobre o espaço do mundo é o tipo de números usados para as coordenadas, que podem ser coordenadas de ponto flutuante ou coordenadas de ponto fixo. A escolha se baseia na velocidade além do desejo de se ter um campo de coordenada uniforme.

Geralmente o mundo virtual é dividido em múltiplos mundos ou cenários, o que ajuda a tratar com a limitação sobre o espaço de coordenadas do mundo. Neste caso, a aplicação deve prover também um meio de transitar entre os cenários - conhecido como portals. Isto ajuda também a minimizar a quantidade de objetos a serem computados tanto para os scripts quanto para o rendering process.

Em um sistema que suporta múltiplos ambientes a base de dados do mundo necessitaria de múltiplos arquivos de descrição de cena, cada arquivo deveria conter os nomes dos objetos na cena, descrição (por exemplo, tamanho, fundo do cenário, iluminação, etc.).

1.4. Ferramentas para a Construção e Visualização de Ambientes de RV

A maioria dos mundo virtuais tem sido construído com a linguagem VRML - Virtual Reality Modeling Language (Linguagem de Modelagem de Realidade Virtual) que é uma tecnologia inovadora que foi projetada com o intuito de criar ambientes interativos tridimensionais em tempo real para WWW. No livro de Mark Pesce - "VRML - Browsing and Building in Cyberspace" [PES 95], Tim Berners-Lee, o "pai" da web, afirma que VRML é o futuro da web por ser mais natural às pessoas estarem imersas em um espaço 3D do que clicarem através de páginas hiperlinkadas.

VRML é uma linguagem de descrição de cenário que padroniza como ambientes tri-dimensionais são representados na Web. Diferente das linguagens de programação como C++, VRML não tem que ser compilado e executado. Ao contrário disto, arquivos VRML são analisados e então exibidos. Visto que isto é um processo muito mais rápido, a criação de arquivos VRML é muito mais simples do que a programação, provendo muitas facilidades, além de permitir mais interatividade.

Quando visita-se mundos VRML, pode-se livremente escolher a perspectiva desejada para visualizar o mundo. Além disso, pode-se navegar livremente através mundo, cujos os conteúdos são apenas limitados pela imaginação de seu projetista. Enquanto se caminha, pode-se pegar objetos, inspecioná-los de todos os lados, e até mesmo modificar objetos.

No geral, existem três categorias de ferramentas disponíveis hoje em dia:

1. Browsers VRML;

2. Pacotes de autoria VRML;

3. Ferramentas de criação 3D.

As ferramentas preferidas para projetistas de jogos e produtores de multimídia têm sido pacotes de modelação e animação tais como: Softimage, 3D Studio, Strata Studio e Caligari true Space.

Algumas ferramentas de criação 3D, permitem salvar modelos em VRML, outras necessitam que se compre utilitários - em separado - para converter o formato interno para VRML.

Mesmo que alguns browsers, como Community Place (Sony) e o WebSpace, necessitem de browsers HTML para buscar cenas VRML, outros, onde podemos citar WorldView e WorldSpace, somente precisam se comunicar com browser HTML quando eles encontram um documento HTML. A maioria dos browsers VRML contam com DDE para se comunicar com browsers HTML. Tem também o browser Cosmo Player que já se encontra na versão 2.1.

As ferramentas de autoria mais populares são Virtus Walkthrough, WebSpace Author, Home Space Builder e Caligari worldSpace. Enquanto a maioria delas permite adicionar hyperlinks, somente WebSpace Author executa sobre máquinas SGI e inclui alguma tecnologia sofisticada de redução de polígonos, mas não possui nenhuma ferramenta de derivação 3D como o Caligari worldSpace, que executa sobre o Windows 3.1 e Windows 95 e está disponível de graça para uso não comercial.

 2. Realidade Virtual e o Ensino

Pode se afirmar que, a realidade virtual tem o potencial para modificar a forma como as pessoas aprendem, pois permite que o aprendiz explore ambientes, processos ou objetos, não através de livros, fotos, filmes, mas através da manipulação e análise virtual do próprio alvo de estudo. Isto leva o aprendiz ao próprio contexto do assunto a ser aprendido, e receba a cada ação que fizer, uma realimentação deste contexto.

A questão que permanece é: como este novo meio pode ser produtivamente incorporado dentro do processo de aprendizagem?

2.1. Como, Quando e Por Que Usar a RV na Educação

Segundo Pantelidis em [PAN 95] existem diversas razões para usar a RV gráfica na educação. São elas:

1. provém maior motivação nos usuários;

2. possui um poder de ilustração para alguns processos e objetos muito maior do que outras mídias;

3. permite tanto uma análise de muito perto quanto de muito longe para os objetos;

4. permite que pessoas deficientes realizem tarefas que de outra forma não são possíveis;

5. dá oportunidade para compreensão baseada em novas perspectivas;

6. permite que o aprendiz desenvolva o trabalho no seu próprio ritmo;

7. permite ao aprendiz proceder através de um experiência durante um período de tempo não fixado pelo período de aula regular;

8. requer interação, encorajando a participação ativa do aprendiz.

Ainda a mesma autora, em [PAN 96], apresenta várias sugestões de quando usar e quando não usar a RV na Educação.

Deve-se usar a Realidade Virtual quando:

1. uma simulação poderia ser usada;

2. o ensino ou treinamento usando algo real poderia ser inconveniente, perigoso ou impossível;

3. o erro cometido pelo aprendiz usando algo real poderia ser desmotivador para o aprendiz, prejudicial ao ambiente, ou capaz de causar danos ao equipamento;

4. um modelo de um ambiente irá ensinar ou treinar tão bem quanto com o equipamento real;

5. interagir com o modelo é tão ou mais motivador do que interagir com algo real;

6. experiências compartilhadas de um grupo em um ambiente distribuído são importante;

7. a experiência de criação em um ambiente ou modelo simulado é importante para o objetivo da aprendizagem;

8. a visualização da informação é necessária e a sua manipulação e reorganização usando símbolos gráficos pode ser também mais facilmente entendida;

9. situações de treinamento precisam ser feitas de acordo com a realidade, por exemplo nas experiências práticas sobre condições realísticas;

10. se necessita tornar o imperceptível, perceptível - por exemplo, utilizar volumes sólidos para ilustrar colisão de idéias em um processo de grupo;

11. desenvolver ambientes e atividades em grupo, só for possível na forma de mundos gerados por computador;

12. for necessário ensinar tarefas que envolvem habilidade manual ou movimentos físicos;

13. o aprendizado se tornar mais interessante e lúdico;

14. for necessário para dar à pessoas desabilitadas ou incapazes, a oportunidade de fazer experimentos e atividades que elas não poderiam fazer.

Não se deve usar a Realidade Virtual quando:

1. não existe um substituto para o ensino ou treinamento com algo real;

2. a interação presencial, com professores ou alunos, se fizer necessária;

3. usar um ambiente virtual puder ser fisicamente ou emocionalmente prejudicial;

4. usar um ambiente virtual puder resultar numa "literalização" - uma simulação tão convincente que alguns usuários poderiam confundir o modelo com a realidade;

5. o custo estimado para sua implantação for tão caro, que não justifique o seu uso, considerando o aprendizado esperado.

2.2. Comentários acerca da Teoria Construtivista

Sob a perspectiva piagetiana, o pensamento é a base em que se fundamenta a aprendizagem, e esta é uma construção centrada na pessoa que a realiza. Piaget [PIA 76] revelou que o ser humano tem uma pré-disposição para pensar, julgar, argumentar com bases racionais, e necessita desenvolver estas potencialidades no decorrer da vida. Portanto, é importante ressaltar que o conhecimento é produzido na interação com objetos e seres do ambiente, propiciando o desenvolvimento de esquemas mentais e, por conseguinte, o aprendizado.

A teoria construtivista [NOV 95] propõe que o aluno participe ativamente do próprio aprendizado, mediante a experimentação, a pesquisa em grupo, o estímulo à dúvida e o desenvolvimento do raciocínio, entre outros procedimentos. Esta teoria rejeita a apresentação de conhecimentos prontos ao estudante, como um prato feito. Daí o termo "construtivismo", pelo qual se procura indicar que uma pessoa aprende melhor quando toma parte de forma direta na construção do conhecimento que adquire.

O construtivismo enfatiza a importância do erro não como um tropeço mas como um trampolim na rota da aprendizagem. O erro passa a ter um caráter "construtivo", isto é, serve como propulsor para se buscar a conclusão correta.

Para os construtivistas não se aprende por pedacinhos, mas por mergulhos em conjuntos de problemas que envolvem vários conceitos ao mesmo tempo.

2.3. Aprendizagem através da Construção do Conhecimento

Vários são os fatores que levam a crer que a Teoria Construtivista é adequada aos ambientes de aprendizagem de Realidade Virtual (RV). Através desta tecnologia emergente, consegue-se criar ambientes para a construção do aprendizado. O aprendiz pode ele mesmo vivênciar as experiências passando de um mero espectador à um agente ativo do seu próprio aprendizado. Isto é verificado não apenas em ambientes imersivos mas também naqueles em que o aprendiz atua no papel de personagem do mundo virtual, através de um avatar.

Há, é claro, quem defenda que o ponto chave de encontro das duas correntes - uma a teoria pedagógica e outra a tecnológica, é a imersão [WIN 93, CAS 97]. O próprio William Winn em [WIN 93], conclui que o construtivismo provê a melhor teoria para o desenvolvimento de aplicações de RV, e que a teoria construtivista promove a melhor e provavelmente a única estratégia que permite estudantes a aprenderem de experiências não-simbólicas em primeira pessoa.

Já Christine Byrne em [BYR 96], conduziu um estudo para explorar a RV como uma ferramenta educacional. Trabalhou com estudantes da escola regular que criaram moléculas em um ambiente virtual imersivo. Seus conhecimentos foram testados sobre estrutura atômica e molecular antes e depois de sua experiência com RV. Estes resultados foram comparados aos resultados dos testes de estudantes que experimentaram outro ambiente de aprendizagem sobre o mesmo tópico. O outro ambiente diferenciava-se de RV em termos de imersão e interatividade.

Através deste estudo conseguiu-se concluir que a interatividade foi considerada como significante, enquanto a imersão foi considerada não significante. Questões de treinamento, projeto do mundo virtual, resolução de hardware e o número de estudantes foram sugeridos como possíveis razões pela falta de significância da imersão neste estudo. Mas, mesmo assim, o fator imersivo, não anulou a relevância da interação.

2.4. Experiências do Uso de Realidade Virtual Aplicada à Educação

O potencial das aplicações educacionais de RV foi categorizado por Rory Stuart e John Thomas da NYNEX no artigo "The Implications of Education in Cyberspace", escrito para Multimedia Review no início dos anos noventa. De acordo com Stuart e Thomas, as aplicações RV podem capacitar os aprendizes para:

1. explorar lugares e coisas existentes nos quais os estudantes não poderiam ter acesso de outro modo;

2. explorar coisas reais que, sem alterações da escala no tamanho e tempo, não poderiam ser efetivamente examinadas;

3. criar lugares e coisas com qualidade natural ou alterada;

4. interagir com pessoas que estão em locais remotos;

5. interagir com pessoas de modo não-realístico;

6. interagir com seres virtuais, tais como representações de figuras históricas;

7. criar e manipular representações conceituais abstratas, como estrutura de dados e funções matemáticas.

Em [HEL 96], Helsel apresenta vários projetos que estão sendo desenvolvidos dentro destas categorias classificadas por Rory Stuart e John Thomas. Outras aplicações também são citadas apenas com o intuito de formar um sucinto levantamento acerca dos projetos desenvolvidos ou em desenvolvimento que aplicam RV à Educação. Seria um tanto tedioso e quase impossível querer englobar todas as aplicações existentes.

2.4.1. ExploreNet

Este projeto vem sendo desenvolvido pela University of Central Florida, pelo Computer Science Department e pelo Institute for Simulation and Training, desde 1991, e hoje já conta com três protótipos do sistema em uso e um quarto em desenvolvimento.

ExploreNet é um ambiente gráfico 2D, distribuído, orientado a objetos, com o propósito de produzir ambientes RPGs para o aprendizado cooperativo.

Foi projetado como uma aplicação para Windows, e segue a maioria das convenções deste tipo de aplicação, é cliente/servidor, utiliza de arquivos bitmap (arquivos com extensão .bmp) para gravar as imagens das cenas e dos personagens do mundo virtual. Como técnicas de comunicação, o ExploreNet utiliza WinSock, um recurso de comunicação de domínio público, para acessar comunicações Internet. Sua versão 3 foi escrita em Smalltalk/Vwin32.

O ExploreNet já foi utilizado em projetos com escolas onde os próprios alunos criaram seus adventures games interativos e multiparticipantes [MOS 95]. Vários outros projetos já foram e estão sendo desenvolvidos com o ExploreNet, para tanto, consulte o endereço eletrônico http://longwood.cs.ucf.edu/ExploreNet/.

2.4.2. VETL - Virtual Environment Technology Laboratory

Este laboratório é uma criação em conjunto entre as universidades de George Mason e Houston-Downtown com a NASA, através dos pesquisadores Chris Dede e R. Bowen Loftin e John Space. Está sendo desenvolvido desde 1994, o projeto ScienceSpace [DED 96], que hoje conta com três mundos virtuais que permitem investigar o efeito de ambientes imersivos e multisensoriais no aprendizado da física

O primeiro deles - NewtonWorld [DED 94], trabalha com conceitos de mecânica newtoniana como inércia, energia cinética e leis de movimento, neste o aluno é colocado em um corredor, sobre um chão quadriculado, cercado por colunas dos lados e por paredes nas extremidades. Ali é possível pegar e lançar bolas virtuais para qualquer direção. As bolas, enquanto viajam pelo espaço, podem colidir umas com as outras e mudar sua direção.

A idéia do chão quadriculado e das colunas (igualmente espaçadas) é permitir, mesmo que de forma aproximada, que o aluno realize medições no ambiente. Para dar mais realismo às cenas, são usados fones de ouvido nos quais são reproduzidos os sons das colisões e do movimento dos objetos. Através de uma espécie de controle-remoto o aluno pode posicionar-se em qualquer parte do ambiente para melhor observar uma experiência.

O segundo, o MaxellWorld, trabalha com a exploração da eletrostática, através das Leis de Gauss.

Partindo de resultados colhidos com o primeiro projeto, o MaxwellWorld teve algumas características da interface modificadas. A principal mudança ocorreu com o controle-remoto que passou a ficar preso ao pulso do usuário como se fosse um relógio. Isto permitiu que as mãos do estudante ficassem livres para outras interações. Para navegar, por exemplo, o aluno seleciona a opção no relógio e a seguir aponta com o indicador a direção para onde quer ir.

Usando também a mão o usuário pode, "tocando os objetos", carregá-los com cargas elétricas e observar seu comportamento. Para melhor compreender os fenômenos é possível medir cargas e exibir superfícies de equipotencial e linhas de fluxo elétrico.

Por último há o ambiente PaulingWorld, que permite o estudo de estrutura moleculares através de uma variedade de representações. Este projeto tem sido utilizado tanto como ferramenta de ensino quanto de pesquisa.

Estes mundos virtuais foram construídos através de dois softwares da NASA, que fazem uso de estações gráficas de alta resolução de som e imagem, além de contar com equipamentos HMD, mouse 3D, entre outros.

2.4.3. Educação Especial

Na University of Nottingham - Inglaterra, psicólogos do Department of Learning Disabilities, juntamente com um grupo de desenvolvedores de aplicações de RV - VIRART, estão trabalhando no desenvolvimento de ambientes educacionais virtuais (VE - virtual environments) para estudantes com problemas de aprendizado, além de realizarem uma série de experimentos para testar sua validade [CRO 95].

O grupo de estudantes com o qual está sendo desenvolvido tal pesquisa é muito heterogêneo, sendo composto por alunos com retardo mental, síndrome de Down, ou com problemas de mobilidade e cardíacos. Alguns não falam e precisam de sinais para se comunicar. Mas a maioria não tem um diagnóstico médico mais preciso do que apenas "deficiência na aprendizagem".

O ambiente educacional utilizado, foi desenvolvido com o pacote Superscape da Dimension International. Eles classificam-se em três grupos:

1. uma série de VE para auxiliar no ensino de Makaton, uma linguagem de sinais usada na United Kingdom, por pessoas com problemas de aprendizado;

2. uma série de VE experimental (por exemplo, uma casa, uma cidade) destinados a tornar disponível aos estudantes experiências nas quais eles nunca poderiam ter na vida real;

3. VE para ensinar habilidades específicas do dia-a-dia e facilitar pesquisa empírica: um supermercado virtual, um modelo virtual de escola, etc.

Tais ambientes são construídos em trabalho conjunto com psicólogos e programadores em todas as etapas do processo de construção.

Várias análises já foram desenvolvidas sobre este projeto, e através destas, os pesquisadores já conseguiram concluir a importância dos VE para ensinar tarefas do cotidiano aos alunos portadores de tais deficiências, além de observarem a importância da RV na promoção de atividades auto-dirigidas pelos estudantes.

Os pesquisadores têm então desenvolvido estudos para definir a base teórica deste trabalho, que integre a metodologia pesquisada e o projeto dos ambientes virtuais com conceitos e técnicas comuns à educação especial.

2.4.4. VESAMOTEX - Virtual Education Science and Math of Texas

O projeto VESAMOTEX está sendo desenvolvido em Slaton High School - em Slaton no Texas [TAL 96], e tem quatro fases distintas:

1. primeira fase - inclui a investigação e compra de equipamento básico;
2. segunda fase - envolve os estudantes e professores na produção de várias aplicações matemáticas e científicas através da produção de vídeo e de outras mídias;
3. terceira fase - envolve todos os estudantes na utilização de RV nas aulas de ciências, matemáticas e computação;
4. quarta fase - envolve a demonstração de RV para escolas dentro do mesmo distrito e áreas vizinhas.

Os softwares utilizados neste projeto incluem 3D Studio, AutoCad, Simply 3D, vários programas shareware, além de programas específicos de RV como Virtus WalkThrough Pro, VREAM (Virtual Reality Development System) e VR Creator, além do RenderWare e Superscape.

O projeto iniciou em meados de janeiro de 1996, e os professores e estudantes estão aprendendo como usar o software juntos. Atualmente os estudantes estão envolvidos com a RV através da Internet e além do desenvolvimento de projetos relacionados aos seus estudos em eletromagnetismo através de um modelo atômico.

Recentemente foi elaborado um estudo entre os estudantes, para obter informações sobre o impacto do programa. Depois de três semanas com trabalhos introdutórios sobre RV, os alunos foram questionados. Os resultados já conseguiram mostrar o interesse dos alunos em trabalhar com realidade virtual, outras conclusões e novas observações e testes estão sendo elaborados.

2.4.5. O Ensino de Literatura

Juanita K. Stock em [STO 96], discute a utilização de RV no ensino de literatura, e apresenta sua experiência com uma turma de alunos em Haywood Community College.

Com a ajuda de professores de informática da escola, foi criado um mundo virtual imersivo, com a cena do livro "A good man is hard to find" de Flennery O’Conner. Com a utilização de óculos de RV, os alunos eram imersos na cena e podiam caminhar livremente pela estória.

Através desta experiência, os alunos que já haviam lido o livro, ao reconhecerem os personagens no mundo virtual passaram a discutir o texto e analisar mais detalhes da estória, além de comparar o mundo virtual construído com a sua própria interpretação do livro. Alguns alunos motivaram-se inclusive a reler o texto a fim de identificar melhor os personagens. Outros, porém, que ainda não haviam lido a obra, se sentiram motivados a fazê-lo para adquirir uma maior compreensão sobre o "livro virtual".

Os pesquisadores envolvidos no projeto ficaram muito entusiasmados com os resultados e iniciaram uma nova fase do projeto, eles estão capacitando os alunos para que criem seus próprios "livros virtuais" a partir de sua própria visão da obra literária. A idéia básica deste projeto, é fazer com que os alunos ao lerem um texto sintam-se motivados a prestar atenção nos detalhes e procurem criar mentalmente as cenas descritas nos livros.

2.4.6. MicroM

O MicroM [SOU 97] é um prototipo de um ambiente em RV aplicado à área de engenharia civil que relaciona conceitos ao projeto estruturado. Tal ambiente é composto de uma obra acabada, mas com problemas estruturais.

O usuário se encontra na situação de um engenheiro civil, que precisa detectar e avaliar as causas dos problemas na obra, para então poder solucioná-los. Para isto, ele tem plena liberdade de ação sobre os objetos contidos no micro-mundo, como por exemplo, vigas, pilares, portas, etc.

A aplicação protótipo apresenta problemas no arranjo estrutural decorrentes da falta de exatidão no cálculo dos elementos estruturais do projeto, acarretando assim o surgimento de fissuras nas estruturas de concreto e paredes. No exemplo apresentado são previstos apenas problemas relacionados ao peso excedente sobre vigas e pilares da obra. Outros fatores determinísticos de fissuras, tais como: umidade do ar, temperatura, fundação, entre outros, não foram considerados neste protótipo.

O protótipo foi implementado com a integração das linguagens VRML 2.0 e Java, e pode ser visualizado através do browser Community Place da Sony.

A filosofia deste sistema não é ensinar cálculo estrutural, mas permitir que o estudante que esteja acompanhando esta disciplina tenha um ambiente no qual ele pode desenvolver sua capacidade de percepção dos problemas a serem solucionados, tentar resolvê-los através de experimentos, e com os resultados colhidos, avaliar seu próprio conhecimento sobre o domínio da situação em que se encontra.

O ambiente se caracteriza por ser uma simulação da prática de um engenheiro civil. Além do fato de ser uma forma muito mais atrativa do que o desenho bidimensional dos vegetais e cópias heliográficas, os quais já estão se tornando instrumentos obsoletos.

2.4.7. GRV - Grupo de Realidade Virtual (UFSCar)

O GVR é um grupo de pesquisadores pertencente ao departamento de computação da UFSCar – Universidade Federal de São Carlos [GRV 98], um dos pioneiros no Brasil a realizar projetos de ambientes de RV, tais como: O Professor Virtual, a UFSCar Virtual, AVVIC – Ambiente Virtual para Visualização Interativa Compartilhada, o ES-RV – Engenharia de Software Aplicada ao Desenvolvimento de Sistemas de Realidade Virtual.

2.4.8. LRV - Laboratório de Realidade Virtual (UFSC)

O LRV [LRV 97] possui vários projetos, dentre os quais se destacam:

1. Virtual Lab - constitui-se na criação de laboratórios virtuais de física e química, onde alunos e professores compartilham experiências, mantendo contato com alunos de outras escolas que poderão realizar as mesmas experiências remotamente;
2. Treinamento Virtual em Linha de Montagens – ambiente construído em VRML que simula a montagem de máquinas e equipamentos, principalmente os de custo elevado e/ou com alto risco, podendo ser utilizado em indústrias, centros de treinamento, entre outras;

2.4.9. COC - Colégio Oswaldo Cruz

O Colégio Oswaldo Cruz tem investido em pesquisas sobre ambientes em RV. No Projeto Educação 2000 [COC 98], o colégio propõe vários ambientes educacionais, tais como: a sala do futuro, o anfiteatro interativo, o mural eletrônico, o centro tecnológico e coclândia.

2.5. Fontes de Pesquisa

Pode-se citar como grandes fontes de pesquisa sobre a utilização de RV aplicada à educação, o "Virtual Reality and Education Laboratory - VREL" da East Carolina University, através do endereço eletrônico http://eastnet.educ.ecu.edu/vr; o "Human Interface Technology Laboratory" da University of Washington, via endereço eletrônico http://www.hitl.washington.edu; além de revistas como a VR in the Schools (publicada pelo VREL), a RV News (email: 100024.1425@compuserve.com), CyberEdge Journal (email: bdel@well.sf.ca.us), listas de discussão, entre outras.

3. Bibliografia

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[COC 98]	COC – Sistema de Educação e Comunicação do Colégio Oswaldo Cruz. Disponível pela Internet via WWW: <URL:http//www.coc.com.br/pedagogico/ inter97/proj2000.htm>
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