Utiliza˘c~ao de T ecnicas de Realidade Virtual na Simula˘c ... · de Ambientes Virtuais...

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIAS – UFG

CAMPUS CATALAO – CaC

DEPARTAMENTO DE CIENCIA DA COMPUTACAO – DCC

Bacharelado em Ciencia da Computacao

Projeto Final de Curso

Utilizacao de Tecnicas de Realidade Virtual naSimulacao de Ambientes Virtuais MultidisciplinaresInterativos. Estudo de caso: Aquecimento Global

Autora: Andrea Alves da Costa

Orientador: Marcio Antonio Duarte

Catalao - 2009

Andrea Alves da Costa

Utilizacao de Tecnicas de Realidade Virtual na Simulacao de Ambientes

Virtuais Multidisciplinares Interativos. Estudo de caso: Aquecimento Global

Monografia apresentada ao Curso de

Bacharelado em Ciencia da Computacao da

Universidade Federal de Goias Campus Catalao

como requisito parcial para obtencao do tıtulo de

Bacharel em Ciencia da Computacao

Area de Concentracao: Computacao Grafica

Orientador: Marcio Antonio Duarte

Catalao - 2009

da Costa, Andrea A.


Virtuais Multidisciplinares Interativos. Estudo de caso: Aquecimento

Global/Marcio Antonio Duarte- Catalao - 2009

Numero de paginas: 51

Projeto Final de Curso (Bacharelado) Universidade Federal de Goias, Campus

Catalao, Curso de Bacharelado em Ciencia da Computacao, 2009.

Palavras-Chave: 1. Realidade Virtual. 2. Ambientes Virtuais. 3. Aquecimento

Global

Andrea Alves da Costa


Virtuais Multidisciplinares Interativos. Estudo de caso: Aquecimento Global

Monografia apresentada e aprovada em de

Pela Banca Examinadora constituıda pelos professores.

Marcio Antonio Duarte – Presidente da Banca

Alexsandro Santos Soares

Luanna Lopes

Dedico este trabalho em especial aos meus pais e toda a

minha famılia que sempre me deram forca e apoio nos

estudos e me ajudaram a superar as dificuldades para

que pudesse alcancar os meus objetivos.

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar agradeco a Deus, pelos dons me dados, os quais foram essenciais

para que eu chegasse aonde cheguei.

Aos meus pais, Oly-Mar e Maria de Fatima, pela base, pela educacao, pelo compan-

heirismo, pela forca, pela credibilidade e pelo apoio.

Aos meus irmaos Daniela, Carolina e Oly-Mar, meu muito obrigada.

Ao meu sobrinho Matheus, que mesmo sem saber, e a minha forca para todas as horas.

Aos meus avos, por todo apoio dado durante todos meus anos de estudos.

Aos colegas que por algum motivo nao prosseguiram ate o final do curso com a

gente,mas que continuaram presentes em nossas vidas sempre nos motivando.

A toda minha turma, pela uniao, forca, disposicao, que sempre tivemos durante todo

o curso. Somos vencedores.

Aos meus dois amigos que juntamente comigo formou o trio dinamico, Fabio e Mirian,

pela amizade, pelo apoio, pela uniao, pelos momentos de alegrias e tambem de tristezas

compartilhados durante todo o curso, voces foram fundamentais nessa minha caminhada.

Alem da Marcinha que se juntou a nos para aumentar esse laco de amizade.

Aos demais amigos do curso, que sempre estavam presentes, seja para estudos, para

festas ou para uma conversa, karla Goncalves, Rosangela Alves, Lorena Texeira, entre

tantos outros. Muito Obrigada!

Aos meus amigos Ana Eloısa, Ana Olıvia, Christiane, Jainer, Larissa e Vanessa por

todo apoio, forca, uniao e seguranca transmitida.

As professoras Luanna Lopes e Liliane Nascimento que estiveram sempre dispostas a

ajudar. E aos demais professores pelos conhecimentos passados durante o curso.

A professora Thaise kelly de Lima, pela disposicao e ajuda, tirando algumas duvidas,

durante a realizacao deste trabalho.

Ao meu professor e orientador Marcio Duarte, pela sua dedicacao e disposicao para

comigo neste trabalho.

A todos os meus familiares e amigos que direta ou indiretamente sempre me deram

forca para vencer mais essa batalha, que me mostraram a luz quando achava que havia

somente escuridao, guiando-me sempre que preciso e sempre me aconselhando com as

palavras certas nos momentos em que mais precisava.

A todos voces meus sinceros agradecimentos, muito obrigada...

“O importante e estar pronto para, a qualquer momento,

sacrificar o que somos pelo que podemos vir a ser.

Charles Du Bois

RESUMO

da COSTA, A. A. Utilizacao de Tecnicas de Realidade Virtual na Simulacao

de Ambientes Virtuais Multidisciplinares Interativos. Estudo de caso: Aque-

cimento Global. Curso de Ciencia da Computacao, Campus Catalao, UFG, Catalao,

Brasil, 2009, 51p.

O desenvolvimento desse trabalho visa simular ambientes virtuais multidisciplinares

que apresentem uma interacao entre os elementos da biologia e da quımica para representar

alguns impactos gerados pelo aquecimento global utilizando-se de metodos e tecnicas de

Realidade Virtual. Os ambientes sao representados pelo cenario da biologia e outro pela

quımica, os quais interagem por meio de trocas de informacoes que resultam em alteracoes

no meio ambiente, sendo que a mudanca em um ambiente causa impacto no outro. Para

implementacao destes ambientes foi utilizado tecnicas como a X3D e para interacao entre

interfaces diferentes foi utilizada a SAI.

Palavras-Chaves: Realidade Virtual, Ambientes Virtuais, Aquecimento Global

i

Sumario

1 Introducao 1

1.1 Motivacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3 Organizacao da Monografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 Realidade Virtual 5

2.1 Realidade Virtual: Historico e Conceitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2 Dispositivos de Entrada e Saıda (E/S) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2.1 Dispositivos de Entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2.2 Dispositivos de Saıda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3 Realidade Virtual Imersiva e Nao Imersiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.4 Areas Relacionadas a RV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.4.1 Realidade Aumentada (RA) e Realidade Melhorada (RM) . . . . . 11

2.5 Aplicacoes de Realidade Virtual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.5.1 Educacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.5.2 Arquitetura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.5.3 Medicina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.5.4 Tratamento de Fobias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.5.5 Industrias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.5.6 Entretenimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3 Aquecimento Global 18

3.1 Introducao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.2 Consequencias Globais e no Brasil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4 Trabalho Desenvolvido e Tecnologias Utilizadas 22

4.1 Introducao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.2 Vizx3d/ Vivaty Studio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.3 X3D e o Xj3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.4 SAI (Scene Authoring Interface) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

ii

4.5 Java e Netbeans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.6 Arquitetura do Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

5 Implementacao 34

5.1 Introducao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.2 Geracao dos Ambientes Virtuais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.2.1 Ambiente Virtual da Biologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.2.2 Ambiente Virtual da Quımica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5.3 Aplicacoes Externas(Classes Java) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

5.3.1 AVbiologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

5.3.2 AVquimica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

6 Resultados e Dificuldades 39

6.1 Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

6.2 Dificuldades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

7 Conclusao e Trabalhos Futuros 43

7.1 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

7.2 Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Referencias 45

Apendices 47

A Codigo Fonte 48

A.1 Classe AVquımica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

A.2 Classe AVbiologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

A.3 Ambiente Virtual Quımica e Ambiente Virtual Biologia . . . . . . . . . . . 51

iii

Lista de Figuras

1.1 Imagem do filme Toy Store (Primeiro longa metragem em 3D, feito em 1995) 2

2.1 Cartaz de divulgacao do Sensorama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2 Exemplo de um Simulador de Voo da Varig . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.3 Exemplo de Dataglove (Luva de dados) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.4 Exemplo de Capacete de Visualizacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.5 Exemplos de CAVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.6 Exemplo de aplicacao em Realidade Aumentada . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.7 Exemplo de aplicacao em Realidade Melhorada para auxilio de remocao de

tumores cerebrais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.8 Maquina de medir coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.9 Projeto Oscar Niemeyer Vida e Obra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.10 Sistema de assistencia na remocao de tumor cerebral . . . . . . . . . . . . 15

2.11 Aranha Virtual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.12 Visualizacao em tempo real do modelo de projeto de uma plataforma . . . 16

2.13 Ambiente do Second Life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.1 Efeito Estufa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.1 Ambiente Virtual da Biologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.2 Ambiente Virtual da Quımica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.3 Grafico Concentracao CO2 x Variacao Temperatura . . . . . . . . . . . . 24

4.4 Janela Inicial do Vizx3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.5 Perfis X3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.6 Exemplo de arquitetura para um navegador X3D . . . . . . . . . . . . . . 30

4.7 Grafo de cena representando uma Casa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.8 Arquitetura do Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

6.1 Ambientes Virtuais sem Modificacoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

6.2 Ambientes Virtuais apos aumentar a concentracao de CO2 pela 1a vez . . . 40



iv


v

Lista de Tabelas

3.1 Possiveis impactos decorrentes do aquecimento global. . . . . . . . . . . . . . . 21

vi

Lista de Codigos

4.3.1 Arquivo de cena codificado em XML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4.3.2 Arquivo de cena codificado em VRML Classico . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5.3.1 Bibliotecas importadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

5.3.2 Codigo do metodo readableFieldChanged . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

vii

Capıtulo 1

Introducao

1.1 Motivacao

O aquecimento global refere-se ao aumento da temperatura media dos oceanos e do ar

proximo a superfıcie da Terra, sendo em grande parte causado pela emissao em excesso

de gases de estufa como: gas carbonico (CO2), metano (CH4), oxido nitroso (N2O), os

quais bloqueiam a saıda de radiacao solar, resultando assim no aumento da temperatura

[Belmonte, 2006].

Segundo [Rocha, 2003], o IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)diz que

os impactos economicos, sociais e ambientais decorrentes do aquecimento global afetarao

todos os paıses, porem, serao sentidos de maneira diferenciada.

Uma forma que vem sendo muito utilizada para expressar fenomenos fısicos e o uso

das tecnicas de Realidade Virtual (RV). No caso do aquecimento global, com o estudo de

suas causas e consequencias, os impactos decorrentes do aumento da temperatura podem

ser melhores visualizados, por meio das tecnicas de RV.

A RV e uma subarea da Computacao Grafica e podemos definir a computacao grafica

como um conjunto de ferramentas e tecnicas para converter dados para um dispositivo

grafico ou de um dispositivo grafico atraves do computador [Correa e Gomes, 2004].

Em 1950, foi quando desenvolveram o primeiro computador com recursos graficos,

chamado de Whirlwind I, o qual foi desenvolvido pela MIT. O Whirlwind foi usado para

desenvolver o SAGE (Semi-Automatic Ground Enviroment), que e um sistema utilizado

para monitorar e controlar voos, e foi desenvolvido em 1955 [Cohen e Mansour, 2006].

O termo Computer Graphics (Computacao Grafica) surgiu em 1959 e foi denominado

por Verne Hudson. Depois disso, foram feitas diversas pesquisas, outras publicacoes foram

lancadas, novas tecnicas criadas, algoritmos desenvolvidos, incremento de animacoes, entre

outros, os quais ainda sao utilizados atualmente [Correa e Gomes, 2004].

Podemos citar como exemplos que utilizaram tecnicas de computacao grafica os se-

1

guintes filmes: Jurassic Park, Exterminador do Futuro 2, Toy Story, Shrek, entre outros.

Na Figura 1.1 e apresentada uma imagem do filme Toy Store.

Figura 1.1: Imagem do filme Toy Store (Primeiro longa metragem em 3D, feito em 1995)

[Brown, 1999]

A computacao grafica engloba algumas subareas, entre elas [Azevedo e Conci, 2003]:

• Sıntese de Imagens: considera a criacao sintetica das imagens, ou seja, as representacoes

visuais de objetos criados pelo computador a partir das especificacoes geometricas

e visuais de seus componentes.

• Processamento de Imagens: considera o processamento das imagens na forma digital e

suas transformacoes.

• Analise de Imagens: considera as imagens digitais e as analisa para obtencao de carac-

terısticas desejadas.

Ja a RV pode ser definida de forma simples, como sendo a forma mais avancada de

interface entre usuario e o computador ate agora disponıvel [Siqueira, 2005].

A RV permite que informacoes em um computador sejam manipuladas e visualizadas

atraves de tecnicas e artifıcios que reproduz a realidade em outro meio.

Atraves das tecnicas de RV e possıvel a criacao de ambientes virtuais interativos que

representam disciplinas diferentes, a chamada multidisciplinaridade, que e a interacao

entre duas ou mais disciplinas, transferindo metodos de uma disciplina a outra. A imple-

mentacao desses ambientes pode ser feita utilizando umas dessas linguagens:

• OpenGL (Open Graphics Library) e uma multi-linguagem destinada a produzir graficos

3D com bastante realismo e e uma API (Application Programming Interface) grafica.

A OpenGL trabalha com bibliotecas, e nao com dispositivos de entrada grafica. E

bastante utilizada no desenvolvimento de cenas tridimensionais complexas, e muito

popular na industria de vıdeo-games [Tori et al., 2006b].

2

• VRML (Virtual Reality Moldelling Language ou Linguagem de Modelagem de Reali-

dade Virtual) e uma linguagem interpretada utilizada para modelagem de objetos

e ambientes tridimensionais na Web, com interacao direta com o usuario atraves

de sensores, interpoladores e criacao de animacoes usando scripts. Nela pode-se

navegar, ver objetos sob diversos angulos e interagir com eles, caracterıstica mais

marcante dessa linguagem [Bramorski e Marques, 1998]. E uma linguagem de facil

entendimento e que exige pouco esforco computacional.

• X3D (Extensible 3D) - E um padrao aberto para distribuicao de conteudo 3D, que

combina geometrias e descricoes de comportamento instantaneos em um simples

arquivo que possui diversos formatos de arquivos disponıveis.

O sistema proposto simula um ambiente virtual multidisciplinar interativo, o qual

faz uso das tecnicas de RV. Como exemplo pratico da comunicacao entre os ambientes,

e apresentada uma interacao entre os elementos da Biologia e da Quımica, tendo como

resultado os impactos gerados pelo aquecimento global, que e o resultado da mudanca em

um ambiente e o seu impacto no outro.

1.2 Objetivos

Este trabalho tem como objetivo principal o estudo de ambientes virtuais interativos

entre si, onde facam troca de parametros interferindo nas cenas de um e outro. Para isto

tem-se como objetivos secundarios os seguintes itens:

• Estudo das linguagens de programacao: VRML, X3D e Java;

• Estudo da API SAI;

• Estudo de tecnicas de RV;

• Simular um pequeno impacto relativo ao aquecimento global para evidenciar o uso de

ambientes distribuıdos interativos;

1.3 Organizacao da Monografia

O trabalho e composto por 7 Capıtulos, onde o primeiro e a introducao.

No Capıtulo 2 e mostrado um pouco da historia de RV, conceitos, tipos de dispositivos

utilizados, tipos de realidade virtual: imersiva e nao imersiva, areas relacionadas a RV

como a Realidade Aumentada e Realidade Melhorada, alem de algumas aplicacoes de RV.

No Capıtulo 3 faz-se uma introducao ao assunto aquecimento global, como ele e cau-

sado, algumas consequencias ambientais globais assim como tambem no Brasil, e uma

3

tabela com provaveis impactos ambientais, economicos e sociais causados pelo aqueci-

mento global.

No Capıtulo 4 e apresentado o trabalho, mostrando como os ambientes virtuais foram

gerados, neste capıtulo tambem sao apresentadas as tecnologias utilizadas durante esse

trabalho, que sao o Vizx3D, Vivaty Studio, x3D, xj3D, SAI, Java e o NetBeans, alem da

arquitetura proposta e detalhes do processo.

No Capıtulo 5 e apresentada a implementacao do Sistema.

No Capıtulo 6 sao apresentados resultados e dificuldades encontradas.

Por fim, no Capıtulo 7 sao sintetizadas as conclusoes obtidas com o desenvolvimento

do trabalho e sugestoes para trabalhos futuros. Os codigos sao apresentados no Anexo

A.

4

Capıtulo 2

Realidade Virtual

2.1 Realidade Virtual: Historico e Conceitos

O uso de computadores pessoais se torna cada dia mais popular, devido ao seu custo

estar mais acessıvel, entre outras coisas. Alem do aumento no uso de computadores

pessoais tambem houve uma grande evolucao dos estudos na area da informatica, surgindo

novas tecnologias aplicadas a essa area, dentre as quais podemos citar a Realidade Virtual

(RV).

O termo RV foi cunhado no final da decada de 1980 por Jaron Lanier, artista e cientista

da computacao que conseguiu convergir dois conceitos antagonicos em um novo e vibrante

conceito capaz de captar a essencia dessa tecnologia: a busca pela fusao do real com o

virtual [Tori et al., 2006a].

Ha diversas definicoes para o termo Realidade Virtual, uma delas e a definicao citada

por [Kirner e Siscoutto, 2007], onde :

“Realidade Virtual e uma interface avancada para aplicacoes computacionais, que per-

mite ao usuario navegar e interagir, em tempo real, com um ambiente tridimensional

gerado por computador, usando dispositivos multisensoriais“.

Outra definicao e “o uso de computadores e interfaces com o usuario para criar efeito

de mundos tridimensionais que incluem objetos interativos com uma forte sensacao de

presenca tridimensional“ [Bryson, 1996].

A RV tem como caracterıstica a visualizacao, manipulacao e a interacao, do usuario

com o Ambiente Virtual (AV), onde o usuario podera se movimentar e interagir com o

ambiente.

Na pratica a RV permite que o usuario navegue e observe um mundo tridimensio-

nal, em tempo real e com seis graus de liberdade (6DOF). Isso exige a capacidade do

software de definir e a capacidade do hardware de reconhecer, seis tipos de movimentos:

para frente/para tras, acima/abaixo, esquerda/direita, inclinacao para cima/para baixo,

5

angulacao a esquerda/a direita e rotacao a esquerda/a direita. Na essencia, a RV e um

espelho da realidade fısica, na qual o indivıduo existe em tres dimensoes, tem a sensacao

do tempo real e a capacidade de interagir com o mundo ao seu redor. Os equipamentos de

RV simulam essas condicoes, chegando ao ponto em que o usuario pode tocar os objetos

de um mundo virtual e fazer com que eles respondam, ou mudem, de acordo com suas

acoes [Schweber e Schweber, 1995].

Devemos citar tambem a ideia dos tres I’s, que sao: Interacao, Imersao e Imaginacao,

onde a Interacao diz respeito a capacidade do usuario poder estar interagindo com o

ambiente virtual e essa interacao deve ser reconhecida pelo computador, o qual fara as

devidas mudancas (atualizacoes) no ambiente. A Imersao e o sentimento de estar presente

naquele mundo virtual, essa e possıvel com a utilizacao de alguns dispositivos de RV. E

a Imaginacao, que vai depender de cada usuario, do envolvimento de cada um com o

ambiente.

A interacao entre usuario e o ambiente e feita por dispositivos, com a utilizacao desses

dispositivos e possıvel movimentar, manipular e se comunicar com o ambiente.

Para maior sentimento de imersao e interacao sao usados alguns dispositivos como

joystick (controle), capacetes de visualizacao, datagloves (luvas de dados) e oculos 3D, o

que faz com que os usuarios tenham uma maior sensacao de presenca naquele ambiente

tanto na visualizacao quanto na interacao com os objetos, atraves da manipulacao dos

mesmos.

Pode-se dividir os dispositivos utilizados em um sistema de RV em duas categorias:

dispositivos de entrada e dispositivos de saıda, sendo eles responsaveis por toda comu-

nicacao usuario-sistema. Os dispositivos de entrada procuram captar movimentos e acoes

do usuario para alimentar o sistema de RV, que retornara o resultado do processamento

desta interacao, na forma de estımulos a pelo menos um dos cinco sentidos humanos,

atraves dos dispositivos de saıda. Estes dispositivos sao especıficos para que o sistema

de RV possa prover um meio intuitivo de comunicacao usuario-sistema. No entanto,

grande parte dos sistemas de RV integra tambem dispositivos convencionais, como mouse

e teclado. Na maioria das vezes estes sao utilizados para selecionar menus e objetos ou

navegar pelo ambiente [Machado e Cardoso, 2006].

A RV iniciou-se na decada de 1950, nessa mesma decada foram criados simuladores

de voo pela Forca Aerea dos Estados Unidos, logo apos a Segunda Guerra Mundial.

Teve tambem a criacao do Cinerama e de um simulador chamado Sensorama, o qual foi

patenteado em 1962 por Morton Heilig, o que foi um grande passo dado nessa epoca.

O Sensorama era uma especie de cabine que combinava filmes 3D, som estereo, vi-

bracoes mecanicas, aromas e ar movimentado por ventiladores; tudo isso para proporcio-

nar ao espectador uma viagem multisensorial [Netto et al., 2002]. Na Figura 2.1 tem-se

um cartaz de divulgacao do Sensorama.

6

Figura 2.1: Cartaz de divulgacao do Sensorama

[Kirner et al., 2006]

Depois disso foram desenvolvidos outros trabalhos, como por exemplo, o Ambiente

Virtual pertencente a equipe da NASA.

No final de 1986 a equipe da NASA ja possuıa um AV que permitia aos usuarios

ordenar comandos pela voz, escutar fala sintetizada e som 3D, e manipular objetos virtuais

diretamente por meio do movimento das maos. O mais importante e que esse trabalho

permitiu verificar a possibilidade e comercializacao de um conjunto de novas tecnologias,

tornando mais acessıvel o preco de aquisicao e desenvolvimento. A conscientizacao de que

os empreendimentos da NASA poderiam gerar equipamentos comercializaveis deu inıcio

a inumeros programas de pesquisa em RV no mundo inteiro. Desde firmas de softwares

ate grandes corporacoes de informatica comecaram a desenvolver e a vender produtos e

servicos voltados para RV. Em 1989 a AutoDesk apresentou o primeiro sistema de RV

para computadores pessoais (PC) [Jacobson, 1994].

Na decada de 1990, militares e industrias comecaram investir macicamente no desen-

volvimento de simuladores de voo e com isso, tornaram o treinamento de pilotos mais

barato e seguro em relacao aos problemas de um voo real. Estes simuladores se limitavam

a uma cabine construıda sobre uma plataforma movel e possuıam caracterısticas como

mudanca de nıvel e movimentos. Mais tarde tambem foram criados simuladores para

tanques e navios de guerra. Os simuladores de voo foram as aplicacoes mais influentes na

historia da RV e hoje e possıvel, ate mesmo para usuarios domesticos, pilotar, pousar ou

ate mesmo participar de um combate virtual em um simulador de voo. Na Figura 2.2 e

apresentado um exemplo de um Simulador de Voo da Varig.

7

Figura 2.2: Exemplo de um Simulador de Voo da Varig

[Ribeiro, 2009]

Houve um grande crescimento no numero de aplicacoes, aumentando tambem o estudo

na area e melhorando o desenvolvimento, fazendo com que a busca por essa tecnologia

seja maior e os precos tendem a ficarem mais acessıveis a um maior numero de pessoas.

2.2 Dispositivos de Entrada e Saıda (E/S)

2.2.1 Dispositivos de Entrada

Fazem a comunicacao entre o usuario e o sistema, atraves deles o usuario pode exercer

alguma acao, onde essa acao sera transformada em dados para o sistema. Ha dois tipos

de dispositivos de entrada que sao: interacao ou rastreamento.

Dispositivos de interacao permitem ao usuario a movimentacao e manipulacao de

objetos no mundo virtual, de forma direta ou indireta [Machado e Cardoso, 2006]. Temos

alguns tipos de dispositivos de interacao como:

• Dispositivo com 6DOF que permite seis tipos de movimentacoes, as quais foram citados

nesse trabalho;

• Luva de Dados, que capta os movimentos dos dedos da mao do usuario e os transmite

para o computador fazendo assim o reconhecimento;

• Sensores de Entrada Biologicos, que seria, por exemplo, entrada por comando de voz

enviadas para o computador e entao faria o reconhecimento.

Dispositivos de rastreamento monitoram movimentos de parte do corpo do usuario,

para criar a sensacao de presenca no mundo virtual. Assim ao movimentar-se o usuario

tem seu deslocamento reconhecido pelo dispositivo e uma atualizacao do ambiente virtual

e efetuada. Podemos citar entre esses dispositivos [Machado e Cardoso, 2006]:

8

• Dispositivo de Rastreamento Mecanicos, os quais consistem de uma serie de estruturas

cinematicas que, em paralelo, sao capazes de detectar alteracoes da posicao dos

elementos aos quais se encontram conectados;

• Dispositivo de Rastreamento Magnetico sao capazes de efetuar medicoes do campo

magnetico produzido por um transmissor estacionario para determinar, em tempo

real, a posicao do receptor (que esta em movimento);

• Dispositivo de Rastreamento Ultrassonicos nao entram em contato com o usuario e usam

um sinal ultrassonico, produzido por um transmissor estacionario para determinar

a posicao do objeto em tempo real em funcao da mudanca de posicao do receptor.

Na Figura 2.3 tem-se um exemplo de dispositivo de entrada de dados, a luva de dados,

usadas para captar o movimento dos dedos da mao do usuario.

Figura 2.3: Exemplo de Dataglove (Luva de dados)

[Henke, 2007]

2.2.2 Dispositivos de Saıda

Esses dispositivos retornam informacoes para o usuario estimulando os seus sentidos,

como por exemplo, a visao.

Dentre os dispositivos de saıda de dados temos os seguintes:

• Dispositivos Visuais os quais podem ser subdivididos em de visualizacao individual e de

visualizacao coletiva. Podemos definir como dispositivo de visualizacao individual:

os Vıdeos Capacetes (HMD - Head-Mounted Display), que tambem funciona como

dispositivo de entrada, alem disso, isola o usuario do mundo real e os Head-Coupled

Display, o qual e montado sobre um braco mecanico e permite seis graus de liber-

dade. Ja os dispositivos de visualizacao coletiva seriam: Monitores e Sistemas de

Projecao, os quais nos retornam as informacoes atraves de um monitor ou atraves

9

do uso de um projetor podendo assim ter a participacao de varias pessoas ao mesmo

tempo;

• Dispositivos Auditivos como o proprio nome ja indica, sao dispositivos utilizados para

a geracao de som para o usuario;

• Dispositivos Fısicos estao relacionados com o tato e requerem que dispositivos eletro-

mecanicos sejam colocados em contato com o corpo do usuario. Podemos subdividi-

los em:

• Dispositivos Hapticos que estao relacionados a questao da sensacao de tato e/ou

forca quando algum elemento do ambiente virtual e manipulado;

• Dispositivos de Resposta Termica que e quando o usuario manipula algum ele-

mento do ambiente virtual, ele pode sentir uma sensacao termica (fria ou

quente) na parte do seu corpo;

• Plataformas Moveis que fornecem ao usuario a sensacao de movimento.

Na Figura 2.4, e mostrado um exemplo de capacete de visualizacao, que e um dispositivo

de saıda, para sistemas de RV.

Figura 2.4: Exemplo de Capacete de Visualizacao


2.3 Realidade Virtual Imersiva e Nao Imersiva

Podemos considerar a Realidade Virtual como imersiva ou nao imersiva. Diremos

que a realidade virtual e imersiva quando o usuario tem a sensacao que esta dentro do

ambiente virtual, para isso e utilizado capacetes, sala de projecoes chamadas de CAVE

(Cave Automatic Virtual Environment), entre outros, para a visualizacao do ambiente

10

virtual, como por exemplo na Figura 2.5 que mostra uma CAVE . Caso contrario sera

considerado nao-imersiva, a RV nao-imersiva utiliza-se de monitores por se basear em

computadores pessoais.

Embora a RV com o uso de capacetes tenha evoluıdo e seja considerada tıpica, a RV

com monitor apresenta ainda assim alguns pontos positivos como: utilizar plenamente to-

das as vantagens da evolucao da industria de computadores, evitar as limitacoes tecnicas

e problemas decorrentes do uso de capacete e facilidade de uso. Em alguns casos, como

visualizacao, por exemplo, a RV com monitor e aceitavel, mas com a evolucao da tecno-

logia de RV a tendencia sera a utilizacao de capacetes ou salas de projecao para a grande

maioria das aplicacoes [Kirner e Pinho, 1997].

Figura 2.5: Exemplos de CAVE


2.4 Areas Relacionadas a RV

2.4.1 Realidade Aumentada (RA) e Realidade Melhorada (RM)

RA e RM sao subconjuntos da Realidade Virtual, as quais proporcionam um aumento

do desempenho humano em suas atividades por utilizar tecnologias diferentes.

A Realidade Aumentada e quando trazemos objetos do mundo virtual para o mundo

real. A RA pode ser definida de varias maneiras como, por exemplo:

• E o enriquecimento do ambiente real com objetos virtuais, usando algum dispositivo

tecnologico, funcionando em tempo real[Kirner et al., 2006];

• E a mistura de mundos reais e virtuais em algum ponto da realidade, virtualidade

contınua que conecta ambientes completamente reais a ambientes completamente

virtuais[Kirner et al., 2006];

• E um sistema que suplementa o mundo real com objetivos virtuais gerados por computa-

dor, parecendo coexistir no mesmo espaco e apresentando as seguintes propriedades

[Kirner et al., 2006]:

11

• Combina objetos reais e virtuais no ambiente real;

• Executa interativamente em tempo real;

• Alinha objetos reais e virtuais entre si;

• Aplica-se a todos os sentidos, incluindo audicao, tato , forca e cheiro.

Na Figura 2.6 e mostrado um exemplo de aplicacao em RA, onde o usuario, com o uso

de um capacete de visualizacao, observa o objeto virtual, que aparece sobre o marcador.

Figura 2.6: Exemplo de aplicacao em Realidade Aumentada

[Fernandes, 2005]

A Virtualidade Aumentada, e quando o ambiente que predomina e o Virtual, e ocorre

a insercao de elementos reais dentro do ambiente virtual. Pode-se dizer que a Reali-

dade Melhorada e uma variacao do sistema de realidade aumentada, onde um sistema de

processamento de imagem gera informacoes adicionais para serem sobrepostas a ima-

gem real. O resultado final pode ser tanto uma melhoria espectral quanto espacial,

gerando transformacoes e anotacoes sobre a imagem. A geracao de imagens obtidas

atraves de ampliacao do espectro visıvel do olho humano e a anotacao de caracterısticas

especıficas dos objetos como distancia, tipo, etc., sao exemplos para melhoria de uma

imagem [Kirner e Pinho, 1997].

Basicamente, a diferenca entre RA e RM e que, na primeira, a realidade e suplemen-

tada por ambientes sintetizados pelo computador, enquanto que na segunda a realidade e

suplementada por ambientes gerados por meio de uma combinacao de vıdeo e computacao

grafica [Araujo, 1996].

Na Figura 2.7 e apresentado um exemplo de aplicacao em Realidade Melhorada para

auxılio de remocao de tumores cerebrais.

12

Figura 2.7: Exemplo de aplicacao em Realidade Melhorada para auxilio de remocao de

tumores cerebrais


2.5 Aplicacoes de Realidade Virtual

As aplicacoes de Realidade Virtual abrangem diversas areas, com aplicacoes cada vez

mais sofisticadas, como pode ser visto algumas delas a seguir.

2.5.1 Educacao

A utilizacao de aplicacoes de RV na area da educacao esta ganhando cada vez mais

espaco. A utilizacao desse recurso na sala de aula pode facilitar o aprendizado, aumentar

o interesse do aluno, melhorar o seu desempenho, entre outros. Afinal, e bem mais

interessante, por exemplo, aprender formas geometricas utilizando um ambiente virtual,

seja atraves de um jogo ou quem sabe ate utilizar a RA para mostrar em aula essas formas

geometricas, do que apenas ver em um livro ou um desenho no quadro negro. A interacao,

o envolvimento utilizado em RV faz com que se prenda mais a atencao do aluno, alem do

mais e sempre bom sair da rotina.

A RV tem potencial para propiciar uma educacao como processo de exploracao, desco-

berta, observacao e construcao de uma nova visao do conhecimento, oferecendo ao apren-

diz a oportunidade de melhor compreensao do objeto de estudo. Essa tecnologia, portanto,

tem potencial de colaborar no processo cognitivo do aprendiz, proporcionando nao apenas

a teoria, mas tambem a experimentacao pratica do conteudo em questao, de forma similar

ao que ocorre com o uso de laboratorios didaticos [Cardoso e Lamonier, 2004], Na Figura

2.8 um exemplo de ambiente virtual, que possui uma maquina de medir por coordenadas,

usada para medida de pecas mecanicas de alta precisao e esse ambiente virtual pode ser

usado por estudantes de engenharia.

13

Figura 2.8: Maquina de medir coordenadas


2.5.2 Arquitetura

O uso de RV facilitaria o trabalho do arquiteto ou do egenheiro, pois podem utilizar RV

para construir um ambiente virtual, pelo qual o cliente visualiza o projeto e caso queira que

faca alguma mudanca, as alteracoes desejadas serao feitas de forma mais rapida, pratica

e com menor custo. Na Figura 2.9 e mostrado um ambiente virtual que representa a

estrutura de uma das criacoes de Oscar Niemeyer.

Figura 2.9: Projeto Oscar Niemeyer Vida e Obra


2.5.3 Medicina

Um exemplo de aplicacao na area medica seria em cirurgias.

A RV aplicada a cirurgia abrange uma serie de situacoes que vao desde o planejamento

de um procedimento ate o treinamento de tecnicas e a assistencia para a sua realizacao.

Dessa forma, um grande numero de pessoas podem ser beneficiadas com a utilizacao destes

sistemas, pois havera maior qualidade no servico oferecido aos pacientes uma vez que os

profissionais que os atenderao estarao melhor preparados [Machado, 2004].

Alem de cirurgias tambem podemos citar: estudo de anatomia, estudo de celulas e

tecidos, etc. Na Figura 2.10 e mostrado um sistema de auxılio na remocao de tumores

14

cerebrais.

Figura 2.10: Sistema de assistencia na remocao de tumor cerebral


2.5.4 Tratamento de Fobias

Existem grandes variedades de fobias, seja por aranha, altura, elevador entre outros. A

RV pode ser utilizada como uma alternativa para o tratamento de tais fobias. Um exemplo

e alguem que tenha medo de andar de elevador, entao seria construıdo um sistema, no

qual seria simulado dentro de um elevador e sua movimentacao. E para maior realidade e

necessario que seja um sistema imersivo no qual a pessoa sente-se como estivesse realmente

dentro de um elevador. A aracnofobia, e outro tipo de fobia, de quem tem medo de

aranhas. Uma tecnica utilizada para esse tipo de tratamento e o uso da RV e RA, onde

aranhas virtuais sao criadas e o paciente e submetido a um ambiente com essas aranhas

virtuais, com o uso das tecnicas de RV e RA. Na Figura 2.11 e mostrada uma aranha

virtual usada para esse tipo de tratamento.

Figura 2.11: Aranha Virtual

[Tiraboschi, 2007]

2.5.5 Industrias

Diversas empresas tem utilizado a RV em campos como automacao de projetos, venda e

marketing, planejamento e manutencao, treinamento e simulacao,concepcao e visualizacao

15

de dados [Netto, 2002].

Dentre suas varias utilizacoes, a RV pode ser utilizada em industrias para [Netto, 2002]:

• Projetar maquinas que podem ter suas propriedades estruturais e funcionais avaliadas

e testadas;

• Desenvolver uma ergonomia funcional e confiavel sem a necessidade de construir um

modelo em escala real;

• Projetar produtos que possuam design estetico segundo as preferencias de cada cliente;

• Facilitar operacoes remotas e controle de equipamentos (tele-manufatura e tele-robotica);

• Garantir que os equipamentos fabricados estejam dentro das normas estabelecidas por

orgaos governamentais;

• Desenvolver e avaliar processos que assegurem a manufaturabilidade, sem produzir de

fato o produto em escala comercial;

• Desenvolver planos de producao e itinerarios e simular se esses estao corretos;

• Educar empregados em tecnicas avancadas de manufatura, com enfase, principalmente,

em seguranca no trabalho.

Na Figura 2.12 e mostrado um modelo de projeto de uma plataforma, para exploracao e

producao de petroleo.

Figura 2.12: Visualizacao em tempo real do modelo de projeto de uma plataforma

[Kirner e Tori, 2004]

16

2.5.6 Entretenimento

Uma area que esta em alta, e se tornando cada dia mais comum e a do entretenimento.

As tecnicas de RV utilizadas na criacao de jogos fazem com que atualmente o gosto

de adolescentes e jovens pelos jogos cresca cada dia mais, com isso aumenta tambem o

investimento na area.

Outras aplicacoes nessa area de entretenimento sao: criacao de filmes, desenhos, pro-

pagandas, entre outras. As tecnicas de RV estao sendo muito utilizadas tambem em

programacao de canais, como por exemplo: transmissao de corrida, como a stock car,

para fazer propaganda durante a corrida, e mostrado imagens, com placa e com a propa-

ganda do produto, porem, essas sao propagandas virtuais colocadas junto com a imagem

real, mas parece que sao reais.

Na Figura 2.13 e mostrado um ambiente do Second Life, que e um jogo que utiliza

tecnicas de RV.

Figura 2.13: Ambiente do Second Life

[Costa, 2008]

17

Capıtulo 3

Aquecimento Global

3.1 Introducao

O tema, aquecimento global, esta sendo bastante discutido nos ultimos anos, devido as

mudancas no clima mundial. Essas mudancas geram grandes preocupacoes por causa das

consequencias negativas geradas por elas. Assim o aquecimento global se torna o maior

desafio ambiental da atualidade.

O CO2, dioxido de carbono, e o CH4, metano, sao grandes responsaveis pelo aqueci-

mento global, pois formam uma camada de poluentes, dificultando a dispersao do calor,

aumentando assim o calor retido na atmosfera e causando o Efeito Estufa [Belmonte, 2006].

O efeito estufa ocorre quando parte dos raios solares que sao refletidos pela superfıcie

terrestre ficam retidos na atmosfera por alguns gases como, por exemplo, o dioxido de

carbono (CO2). Dentro de uma determinada faixa o efeito estufa e de suma importancia,

pois e atraves dele que parte do calor e retido na atmosfera e nos da condicoes de vida.

Porem como esta cada vez maior a emissao desses gases de efeito estufa na atmosfera, o

calor retido na atmosfera consequentemente aumenta, provocando assim um desequilıbrio

ambiental. Podemos ver como funciona esse efeito na Figura 3.1.

Os maiores responsaveis por esse desequilıbrio ambiental e, consequentemente, o aque-

cimento global, sao os homens, atraves das suas atividades.

3.2 Consequencias Globais e no Brasil

Em [Rocha, 2003], diz que os impactos economicos, sociais e ambientais decorrentes

do aquecimento global afetarao todos os paıses, porem, serao sentidos de maneira diferen-

ciada. Como por exemplo, enquanto em uma certa regiao pode-se aumentar a producao

agrıcola, em outra regiao podera diminuir a producao agrıcola, vai variar de regiao para

regiao.

18

Figura 3.1: Efeito Estufa

[Gomes, 2007]

Alguns desses impactos economicos, sociais e principalmente ambientais ja podem ser

percebidos, dentre os impactos percebidos tem-se:

• Aumento do nıvel dos oceanos: com o aumento da temperatura no mundo, esta em curso

o derretimento das calotas polares. O nıvel do mar aumenta com o derretimento do

gelo glacial, aquele formado pela precipitacao de neve e que esta sobre continentes

e ilhas na Antartica, na Groenlandia, nas ilhas articas e nas geleiras de montanhas.

Geleiras de montanhas extrapolares estao desaparecendo. Ao o nıvel das aguas

dos oceano, pode ocorrer, futuramente, a submersao de muitas cidades litoraneas

[Belmonte, 2006].

• Crescimento e surgimento de desertos: o aumento da temperatura provoca a morte de

varias especies animais e vegetais, desequilibrando varios ecossistemas. Somando ao

desmatamento que vem ocorrendo, principalmente em florestas de paıses tropicais

(Brasil, paıses africanos), a tendencia e aumentar cada vez mais as regioes deserticas

em nosso planeta [Belmonte, 2006];

• Aumento de furacoes, tufoes e ciclones: o aumento da temperatura faz com que ocorra

maior evaporacao das aguas dos oceanos, potencializando estes tipos de catastrofes

climaticas [Belmonte, 2006];

• Grandes secas afetaram a regiao amazonica, fazendo com que aumentasse o numero de

19

queimadas, o que aumenta a quantidade de emissao de gases de efeito estufa criando

assim um ciclo vicioso, nıvel dos rios abaixo do normal devido a falta de chuvas,

entre outros [Belmonte, 2006];

• Na Costa brasileira, podemos citar como uma consequencia do aquecimento global, por

exemplo, o furacao formado nas aguas do oceano atlantico, na regiao de Santa Ca-

tarina em 2004, o qual foi chamado de Catarina e causou grandes desastres naquela

regiao como mortes, destruicao, entre outras coisas. Alem disso, pode constatar o

aumento do nıvel do mar, dentre outros [Belmonte, 2006];

• Na Regiao Sul, podemos notar os extremos, que e a seca e tempestades, ou esta muito

quente ou esta tendo uma tempestade, nao tem meio termo na maior parte do

tempo, o que causa prejuızo ao produtor [Belmonte, 2006].

A Tabela 3.1 resume algumas previsoes desses impactos em diversas regioes do mundo.

20

Regiao Provaveis Impactos

1.Africa a. Diminuicao da producao agrıcola

b. Diminuicao da disponibilidade de agua na regiao do Medi-

terraneo e em paıses do Sul

c. Aumento dos vetores de diversas doencas

d. Aumento da desertificacao

e. Extincao de animais e plantas

2.Asia a. Diminuicao da producao agrıcola

b. Diminuicao da disponibilidade de agua nas regioes arida e semi-

arida

c. Aumento do nıvel do mar devera deslocar dezenas de milhoes de

pessoas

3.Australia e a. Diminuicao da disponibilidade de agua

Nova Zelandia b. Extincao de animais e plantas

4.Europa a. Desaparecimento de geleiras nos Alpes

b. Aumento da producao agrıcula em algumas regioes

c. Impactos no turismo

5.America a. Diminuicao da producao agrıcola

Latina b. Aumento dos vetores de diversas doencas

c. Extinsao de animais e plantas

6.America a. Aumento da producao agrıcola em algumas regioes

do Norte b. Aumento dos vetores de diversas doencas

7.Polar a. Diminuicao da calota polar

b. Extincao de animais e plantas

8.Pequenas a. Aumento do nıvel do mar devera deslocar dezenas de milhoes de

pessoas

Ilhas b. Diminuicao da disponibilidade de agua

c. Diminuicao da atividade pesqueira

d. Diminuicao no Turismo

Tabela 3.1: Possıveis impactos decorrentes do aquecimento global[Rocha, 2003]

Essas sao algumas dentre as varias consequencias que podem ser geradas devido ao

aumento da temperatura (o aquecimento global), o qual podera estar afetando todas

as regioes nao so do Brasil, mas de todos os paıses, cada um de sua forma e com um

grau de intensidade. Alem dos impactos ambientais causados pelas mudancas climaticas

tambem podemos perceber os impactos sociais e economicos. Esses impactos so poderao

ser amenizados com a conscientizacao e atitudes dos seres humanos que sao os grandes

responsaveis pelo aquecimento global do planeta.

21

Capıtulo 4

Trabalho Desenvolvido e Tecnologias

Utilizadas

4.1 Introducao

Neste trabalho foi utilizada a ferramenta Vizx3D para a construcao dos ambientes

virtuais, que permite a criacao de formas mais complexas, utilizando a sua interface

visual. Foram criados dois ambientes, um relacionado a quımica e outro relacionado a

Biologia, como pode ser visto nas Figuras 4.1 e 4.2.

Figura 4.1: Ambiente Virtual da Biologia

22

Figura 4.2: Ambiente Virtual da Quımica

O ambiente da quımica contem um objeto mostrando a ligacao quımica do CO2 e

um mostrando a do CH4, esses gases sao dois dos responsaveis pelo Efeito Estufa e por

estarem sendo emitidos em uma quantidade muito grande tambem sao os responsaveis pelo

Aquecimento Global. O AV possui tambem um Sol, uma superfıcie plana representando o

solo e o uso de textura para representar o ceu. O usuario podera interagir com o ambiente

da quımica clicando sobre a ligacao quımica do CO2, aumentando assim a concentracao

de CO2 na atmosfera.

Por meio das pesquisas e dados obtidos e constatado que a floresta amazonica pode

perder 30% davegetacao, por causa de um aumento na temperatura que vai de 3oC a

5,3oC ate 210, ou seja em 100 anos.

Tambem foi encontrado um grafico, que pode ser visto na Figura 4.3, que mostra a

concentracao de dioxido de carbono (azul) e a variacao da temperatura global (vermelho)

em 1000 anos.

Neste grafico podemos perceber que quando a concentracao de dioxido de carbono e

de 340 ppm, o valor relativo ao aumento na temperatura e de 4,1◦C, que esta dentro do

aumento previsto para os proximos 100 anos.

23

Figura 4.3: Grafico Concentracao CO2 x Variacao Temperatura

[Roberto, 2008]

No Ambiente Virtual da Biologia, foram implementadas 10 arvores que estao agrupa-

das em 3 grupos com 3 arvores cada um e uma arvore sozinha. Com os dados citados

acima sobre o aumento da temperatura e a concentracao de carbono, cada vez que o

usuario interagir, clicando para aumentar a concentracao de dioxido de carbono em 340

ppm, quer dizer que a temperatura sofreu uma variacao media 4,1◦ e logo 30% das arvores

vao desaparecer, e 30 % de 10 arvores correspondea 3 arvores, por isso foram agrupadas

de 3 em 3, sobrando uma sozinha.

Alem disso foi colocada uma superfıcie plana composta por 4 objetos planos para re-

presentar um rio, a medida que a concentracao de dioxido de carbono vai aumentando,

a temperatura tambem vai aumentando e diminui a quantidade de agua do ambiente, ou

seja, diminui o nıvel do rio. Este cenario e apenas uma representacao do aquecimento glo-

bal sobre o meio ambiente, sendo que a quantidade de agua que diminui nao foi calculada

com base em uma medida proporcional ao impacto sobre o meio ambiente.

Na criacao de ambientes virtuais pode-se optar por alguma linguagem entre diferentes

linguagens. No trabalho optou-se pelo uso da X3D por ser mais aperfeicoada, possuir

uma especificacao melhorada, aceitar multiplos formatos de codificacao, possuir melhor

flexibilidade e extensao, alem de possuir um API unificado, que e a SAI.

X3D e um padrao aberto para distribuicao de conteudo 3D, que combina geometrias

e descricoes de comportamento instantaneos em um simples arquivo que possui diversos

formatos de arquivos disponıveis.

24

Apos a construcao dos ambientes virtuais, esses foram abertos no Vivaty Studio e entao

exportados para arquivos com extensao (.x3dv). Foi adicionado no arquivo (.x3dv) da

quımica um TouchSensor, no no do grafo de cena, o qual o usuario podera estar clicando

para fazer a interacao com Ambiente Virtual.

Por fim foram criadas as classes Java, com o uso da API SAI, onde a SAI vai fazer a

ligacao entre a cena tridimensional e a classe Java, alem da iteracao entre as duas classes

para poder estar removendo nos do grafo de cena da biologia.

Durante o desenvolvimento do trabalho, alem do estudo e uso da linguagem X3D,

foram necessarios o estudo e o uso de outras ferramentas, como: Vizx3D e o Vivaty Studio,

usados para a modelagem dos ambientes virtuais. O Xj3D, usado para visualizacao desses

ambientes, a SAI, para fazer a comunicacao entre o X3D e o Java, por fim o Java e o

Netbeans foram utilizados para a criacao das aplicacoes externas (Classes Java).

4.2 Vizx3d/ Vivaty Studio

O Vizx3D e um editor, da empresa Virtock Technologies(a qual foi adquirida pela Me-

dia Machines e que atualmente e a Vivaty), usado para modelagem de objetos e ambientes

3D atraves de uma interface visual GUI (Graphical User Interface). Nessa interface a area

de criacao dos objetos e ambientes e subdividida, como mostra a Figura 4.4, permitindo

assim a visualizacao em diferentes perspectivas. A versao anterior ao Vizx3D era deno-

minada SPAZZ3D, a qual ja existia antes do ano 2000 e so depois na nova versao que

passou a ser chamado de Vizx3D, sendo disponibilizado, gratuitamente por 30 dias. Neste

trabalho foi utilizado o Vizx3D, versao 1.0, que atualmente e o Vivaty Studio1 e o Vivaty

Studio e gratuito.

Esses objetos e ambientes criados no Vizx3D podem ser exportados para os padroes

X3D ou VRML. Tambem e possıvel a importacao de arquivos VRML. Alem disso, esse

editor possui diversas funcoes como: interacao, multi texturas, que permite utilizar mais

de uma textura em um objeto, animacoes, iluminacao, H-Anim2, entre outras.

O Vizx3D foi a ferramenta utilizada na criacao dos ambientes virtuais no respectivo

trabalho.Apos a versao chamada de Vizx3D, foi criada uma nova versao aberta e gra-

tuita chamada de Flux Studio, a qual evoluiu para Vivaty Studio, de forma ampliada

e melhorada. Durante a realizacao do trabalho, em fases posteriores a criacao dos AV,

percebeu-se a necessidade do uso do Vivaty Studio para que se pudesse exportar esses

ambientes para uma extensao do X3D, que e o x3dv.

1Disponıvel para download em: http://developer.vivaty.com/2Animacao de Avatares

25

Figura 4.4: Janela Inicial do Vizx3D

4.3 X3D e o Xj3D

X3D e uma linguagem de padrao aberto usado para descricao de cenas 3D e e capaz de

representar e comunicar essas cenas. A web3D Consortium e a responsavel pelo desenvol-

vimento e especificacao da linguagem, a qual e composta por 3 especificacoes separadas

devido ao fato de suportar multiplos formatos de arquivos e linguagem de programacao3.

A estrutura dos dados pode ser apresentada em um arquivo com codificacao XML que

possui a extensao .x3d e permite uma interoperabilidade com outras aplicacoes que usem

esse padrao , VRML Classico com a extensao .x3dv que ajuda na transicao de usuarios

de VRML para x3D e o binario que possui uma representacao de menor tamanho, alem

de facilitar o processamento por maquinas.

A estrutura do arquivo X3D pode ser definido da seguinte maneira [Costa, 2008]:

• Cabecalho do arquivo : que contem as informacoes sobre a configuracao inicial da cena

X3D;

• Declaracao do cabecalho X3D: identifica o documento como um arquivo X3D;

3Disponıvel em: http:// www.web3d.org/about/overview/

26

• Declaracao do perfil: colecao de componentes para um especıfico nıvel de suporte;

• Declaracao do componente: colecao de nos que geralmente possuem funcionalidades

comuns;

• Declaracao META: que proveem informacoes frequentemente utilizadas para referencia,

autor, direitos autorais e outras informacoes;

• Corpo da cena grafica: que contem todos os nos que compoem o modelo.

O codigo de arquivos de cena codificado em XML e mostrado no Codigo 4.3.1

1 <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

2 <!DOCTYPE X3D PUBLIC "ISO//Web3D//DTD X3D 3.0//EN" "http://www.web3d.org/specifications/x3d-3.0.dtd">

3 <X3D profile=’Immersive’ >

4

5 <Scene>

6 <WorldInfo

7 title="cliente"

8 info=’"This Web3D World was created with Vizx3D, a Web3D authoring tool"

9 "www.vizx3d.com"’

10 />

11

12

13

14

15

16

17 <Transform DEF=’dad_GROUND’>

18 <Group DEF=’GROUND’>

19 <Transform DEF=’dad_Box1’

20 translation=’-.001 -.041 0’>

21 <Shape DEF=’Box1’>

22 <Appearance>

23 <Material DEF=’Shiny_Blue_mat’

24 ambientIntensity=’0.200’

25 shininess=’0.100’

26 diffuseColor=’0 0 1’

27 specularColor=’0 0 1’

28 />

29 </Appearance>

30 <Box

31 size=’1 1 .0001’

32 />

33 </Shape>

34 </Transform>

35 <TouchSensor DEF=’TOUCHSENSOR_1’

36 />

37 </Group>

38 </Transform>

39 </Scene>

40 </X3D>

Codigo 4.3.1: Arquivo de cena codificado em XML

27

O codigo de arquivos de cena codificado VRML classico e mostrado no Codigo 4.3.2.

1 #X3D V3.0 utf8

2 PROFILE Immersive

3 META "ExportTime" "9:48:38"

4 META "ExportDate" "5/25/2009"

5 META "VivatyStudioVersion" "709"

6 META "VivatyStudioSource" "../cliente.fxw"

7 WorldInfo {

8 title "cliente"

9 info ["This Web3D Content was created with Vivaty Studio, a Web3D authoring tool"

10 "www.mediamachines.com"]

11 }

12 ## Vizthumbnail Thumb_cliente_x3dv1337961243255718.jpg

13

14 DEF dad_GROUND Transform {

15 children [

16 DEF GROUND Group {

17 children [

18 DEF dad_Box1 Transform {

19 translation -.001 -.041 0

20 children [

21 DEF Box1 Shape {

22 appearance Appearance {

23 material DEF Shiny_Blue Material {

24 ambientIntensity 0.200

25 shininess 0.100

26 diffuseColor 0 0 1

27 specularColor 0 0 1

28 }

29 }

30 geometry Box {

31 size 1 1 .0001

32 }

33 }

34 ]

35 }

36 DEF Sensor1 TouchSensor {

37 }

38 ]

39 }

40 ]

41 }

Codigo 4.3.2: Arquivo de cena codificado em VRML Classico

Os perfis e os componentes sao usados em X3D para definir o conjunto de servicos que

o usuario ira precisar. O componente define uma especıfica colecao de nos, que costumam

ter um conjunto de funcionalidades em comum. Ja os perfis possuem uma colecao de

componentes para um especıfico nıvel de suporte, todos os arquivos X3D requerem a

definicao do perfil.

Na Figura 4.5 e mostrado os tipos de perfis e apos a Figura tem-se a definicao de cada

perfil:

28

Figura 4.5: Perfis X3D

[Costa, 2008]

Interchange: perfil basico para comunicacao entre aplicacoes. Suporta texturas,

animacoes, geometrias basicas e iluminacao basica.

Interactive: alem das capacidades citadas no Interchange, inclui iluminacoes adicio-

nais e interacao do usuario com a cena atraves de sensores.

Imersive: todos as capacidades citadas anteriormente com a adicao de suporte de

audio, colisao, fog e scripting.

Full: todos ja citados e a inclusao de DIS (Distributed Interactive Simulation), H-

Anim (Humanoid Animation), GeoSpacial, NURBS (Non-Uniform Rational B-spline Sur-

faces) e outros componentes avancados.

Alem desses, tem-se ainda os seguintes perfis adicionais:

MPEG-4 Interactive: Combinacao do perfil Interactive, que suporta necessidades

de especificacao multimıdia MPEG-4 para definicoes graficas tridimensionais.

CDF (CAD Distillation Format): Possui caracterısticas do Interchange e suporta

importacao de modelos CAD.

Para visualizar os Ambientes Virtuais, e necessario o uso de um navegador (Browser),

que traduzem o codigo, processam a cena e permite a iteracao do usuario com esta.

No trabalho foi utilizado o Xj3D Browser, que e um navegador X3D codigo aberto, para

conteudo X3D e VRML, e um projeto da Web3D Consortium, e escrito em Java e suporta

as plataformas Windows, MacOS X, Linux e Solaris. Porem, alem desse, pode citar

tambem:

Blaxxun3D: Pequena applet Java que permite acessar ambientes tridimensionais sem

instalacao, apenas com plug-in, com o mınimo de download e e de licenca comercial.

Flux Player(Atual Vivaty Player): Para plataforma Windows e carrega conteudos X3D

e VRML97.

Octaga: Navegador para plataforma Windows ou Linux que carrega conteudos X3D e

VRMl.

Na Figura 4.6 e mostrado um exemplo de arquitetura para um navegador X3D, retirado

29

de [Costa, 2008] . Na figura em (1), tem-se um conjunto de arquivos com os codigos das

cenas, que serao lidos por analisadores em (2), os quais podem suportar varios formatos

de arquivos disponıveis, logo depois em (3) o gerenciador da cena grafica recebe os nos

depois de lidos e criados, logo o gerenciador vai percorrer as cenas da arvore de cena,

repetidamente, para poder desenhar os quadros da imagem de saıda e redesenhar de forma

rapida caso possua alguma mudanca (4), entao os Scripts que podem enviar ou receber

algum evento,encapsula o codigo de programacao de outra linguagem (EcmaScript ou

Java) em (5), logo apos a SAI vai definir como a API deve trabalhar, permitindo assim a

criacao de codigos por autores, que podem trabalhar em diferentes sistemas operacionais

e navegadores (6) e por fim, em (7), podem ser usadas paginas Web ou aplicacoes externas

com interatividade que vao aparecer para os usuarios.

Figura 4.6: Exemplo de arquitetura para um navegador X3D

[Costa, 2008]

4.4 SAI (Scene Authoring Interface)

SAI e uma interface de programacao usada para fazer a comunicacao entre X3D e

Java, desenvolvida para suprir a necessidade do autor de ambiente em interligar objetos

do grafo de cena com acoes definidas por um codigo customizado, seja atraves de um

acesso interno ou externo. Nao e considerada parte direta do grafo de cena, porem e

definida como um protocolo para manipulacao do grafo de cena X3D [Costa, 2008]. Na

Figura 4.7 tem-se um exemplo de um grafo de cena representando uma casa .

No acesso interno, o arquivo X3D possui Script interno, o qual e responsavel pela

comunicacao com a classe Java, entao a cena X3D vai chamar a classe Java, a qual vai

30

Figura 4.7: Grafo de cena representando uma Casa

[Silva et al., 2004]

ter o codigo para executar determinadas alteracoes na cena. Ja o acesso externo, a classe

Java que vai chamar uma instancia do navegador e carregar o arquivo com a cena X3D,

utiliza a API , no caso a SAI, para fazer a iteracao com a cena, atraves de acoes.

A SAI permite cinco tipos de acesso a cena X3D, que sao[Costa, 2008]:

• Acesso a funcionalidades do navegador;

• Recebimento de notificacoes das acoes do navegador, como: falsas URL, iniciacao e

encerramento;

• Envio de eventos para campos de entrada ou entrada/saıda dos nos contidos na cena;

• Leitura do ultimo valor enviado dos campos de saıda ou entrada/saıda dos nos contidos

na cena;

• Notificacoes de quando os eventos modificam os valores de campos de nos contidos na

cena.

No trabalho e utilizado o acesso externo para fazer a iteracao com o grafo de cena,

pois teremos uma aplicacao composta por duas janelas (ambiente quımica e ambiente

biologia), cada uma referente a uma cena 3D.

4.5 Java e Netbeans

Java e uma linguagem de programacao orientada a objetos desenvolvida na empresa

Sun Microsystems, na decada de 90. A linguagem Java e compilada para um bytecode,o

31

qual e executado por uma maquina virtual, a JVM (Java Virtual Machine). O inter-

pretador transforma os bytecodes em linguagem de maquina. Logo Java e Compilada e

Interpretada.

Umas das vantagens de se usar Java e que ela e distribuıda com um vasto conjunto de

Bibliotecas API, e independente de arquitetura, entre outras.

No trabalho foi preciso acrescentar o jogl.jar ao classpath do Java para que nao ocor-

resse erros durante a execucao do sistema.

O NetBeans IDE e um ambiente de desenvolvimento integrado de codigo aberto, uma

ferramenta que auxilia programadores a escrever, compilar, debugar e instalar aplicacoes.

Foi arquitetada em forma de uma estrutura reutilizavel que tem como objetivo simpli-

ficar o desenvolvimento e aumentar a produtividade, reunindo em uma unica aplicacao

todas estas funcionalidades. Foi escrito em java mas pode suportar outras linguagens de

programacao como C++, PHP, entre outras.

Foi utilizado no trabalho o NetBeans IDE e a linguagem java para criacao das classes,

que sao a aplicacoes externas que vao instanciar o navegador, no caso o Xj3D, carregando

as duas cenas, cada uma em uma janela (Interfaces Graficas), onde o usuario podera

interagir com a cena. Para utilizacao da SAI no NetBeans foi criada uma biblioteca e

foram colocados no classpath todos os aquivos (.jar) que estavam em uma pasta do Xj3D.

4.6 Arquitetura do Sistema

Figura 4.8: Arquitetura do Sistema

32

O usuario podera estar interagindo com o ambiente virtual quımica, no aumento da

concentracao de CO2, o qual vai ser visualizado atraves de um Browser que e carregado

na Interface Grafica assim que a aplicacao externa e executada. A API SAI vai ser a

responsavel em fazer a comunicacao entre a cena 3D e a aplicacao externa. Ja, com o

Ambiente Virtual Biologia, o usuario podera apenas visualizar, as modificacoes ocorridas

quando ele fizer a acao no ambiente da quımica. Este processo sera melhor entendido no

proximo capıtulo, com a explicacao da implementacao feita. Na Figura 4.8 e mostrada a

arquitetura do sistema.

33

Capıtulo 5

Implementacao

5.1 Introducao

Como visto no capıtulo anterior, foram utilizadas algumas tecnologias para a criacao

tanto dos ambientes virtuais quanto das aplicacoes externas. Neste capıtulo e mostrado

como esses Ambientes Virtuais e as aplicacoes externas foram implementados.

5.2 Geracao dos Ambientes Virtuais

Neste capıtulo sera falado como os ambientes virtuais foram criados e sua composicao.

5.2.1 Ambiente Virtual da Biologia

O Ambiente Virtual da Biologia e composto por arvores, sol, rio, solo terra e solo

grama.

As geometrias utilizadas para a construcao dos objetos desse ambiente foram:

• Sol: Foi usado uma esfera para a criacao do Sol e foi atribuido a ela uma cor amarela;

• Solo grama: Inicialmente foi usado um cubo e aumentado as suas dimensoes no eixo x

e z (largura e profundidade) e ao valor de sua altura (eixo y) foi atribuıdo o valor

0, tambem foram feitas translacoes nos seus eixos x, y e z para definir a posicao;

• Solo Terra: Foi feito da mesma forma que o solo grama, porem com dimensoes menores,

para ocupar somente a area onde as arvores seriam colocadas;

• Rio: Foi utilizada a mesma tecnica das anteriores, porem foram usados 4 cubos para que

se pudesse ir retirando partes e dar a impressao que a agua do rio esta diminuindo;

• Arvores: Primeiramente foram criados cilindros para representar o tronco das arvore,

depois a superfıcie foi subdividida 4 vezes, com uso de dobras em angulos de 30o.

34

Ja a parte superior da arvore, que representa as folhas, foram feitas usando Swept

Extrusion, que utiliza pontos interligados e depois pode mover esses pontos para ficar

da forma desejada, esses objetos vao ser do tipo IndexedFaceSet. Foram utilizadas

texturas nas partes das folhas.

Alem das formas geometricas foi utilizado background, sendo colocada textura para

representar o ceu e foi utilizada iluminacao e o viewpoint foi redefinido para melhor

vizualizacao do ambiente. .

5.2.2 Ambiente Virtual da Quımica

O Ambiente Virtual da quımica e composto por ligacao quımica do Dioxido de Car-

bono(CO2) e do Metano(CH4), alem de nuvens, sol e o chao terra. Veja na figura 5.3.

As geometrias utilizadas para a construcao dos objetos desse ambiente foram:

• Ligacao quımica do Dioxido de Carbono(CO2): Foram usados 2 cilindros e 3 esferas,

entao foi feita a uniao desses para tornar somente um objeto e foram acrescentadas

as letras nos devidos lugares. Esse objeto e utilizado para fazer a interacao com o

usuario;

• Ligacao quımica do Metano(CH4): Foram usados 4 cilindros e 5 esferas, os cilindros

sofreram alguma translacoes e rotacoes para ficarem nos lugares desejados, foi feita

a uniao dessas formas geometricas, tornando somente um objeto e as letras foram

acrescentadas;

• Nuvens: Primeiramente foi utilizando o Swept Extrusion, o mesmo utilizado na parte

superior das arvores, para dar a forma as nuvens e depois foi usado translacao e

escala para adicionar as outras no devido tamanho e na posicao que se encontram.

Esses objetos vao ser do tipo IndexedFaceSet, que e um conjunto indexado de ”faces“

de formas, chegando ao formato desejado;

• Sol: Da mesma forma que no ambiente da biologia, foi usada uma esfera;

• Chao terra: foi utilizado um cubo, zerando sua altura e aumentando as dimensoes do

eixo x e z.

Tambem foram adicionados fundo com textura, texto, iluminacao e a posicao do ponto

de vista foi redefinida para melhor visualizacao do ambiente.

Alem do usuario interagir com o ambiente virtual, ele pode estar se movimentando

nos ambientes, utilizando o mouse ou as setas direcionais do teclado.

35

5.3 Aplicacoes Externas(Classes Java)

Apos a criacao dos ambientes virtuais, fez se necessario a criacao de aplicacoes exter-

nas, utilizando a API SAI para que se pudesse fazer a integracao do Java com a cena

tridmensional. A classe java instancia um Browser e carrega a cena 3D neste. Porem,

como os ambientes estariam cada um em uma janela, foi necessario que o sistema abrisse

dois browsers, cada um na respectiva janela e cada um carregasse a sua respectiva cena

3D.

Foram criadas duas classes javas: AVbiologia e Avquimica.

5.3.1 AVbiologia

Essa classe e responsavel abrir um Browser na janela (UI - User Interface) e carregar

a cena 3D nesse browser. Ela extende a classe JFrame. No codigo da classe AVbiologia e

possıvel visualizar e entender como adicionar um browser a sua aplicacao externa. A classe

foi implementada com o uso do tutorial SAI. Ela foi inicializada na classe Avquimica.

Inclui (herda) as bibliotecas extras que serao usadas na classe. As bibliotecas herdadas

podem ser vistas no Codigo 5.3.1 .

1 import org.web3d.x3d.sai.*; // Herda todas as classes SAI

2 import java.awt.*; // usado para implementar interface de aplicativos escritos em java atraves de janelas

3 import javax.swing.*; // usado para implementar a Interface grafica

4 import java.util.HashMap; // herda a classe a qual vai configurar os parametros do Browser

Codigo 5.3.1: Bibliotecas importadas

A classe Avbiologia vai extender a classe JFrame, para criacao da interface grafica com

o usuario. No metodo construtor, e construıdo um componente X3D usando a classe SAI

BrowserFactory. Este componente vai ser adicionado a aplicacao, na interface grafica.

Logo depois, para procurar pela cena, e preciso usar um browser, que e uma interface

basica para interagir com o sistema, o browser vai ser carregado atraves da referencia

do componente X3D criado, e por fim procura por um arquivo que vai ser carregado no

browser, que e a cena 3D. Como pode ser visto no Codigo, no anexo.

5.3.2 AVquimica

A classe AVquımica alem de abrir um browser na janela e carregar a cena 3D, como

a classe AVbiologia, vai procurar por um no chamado TOUCHSENSOR 1, na cena da

quımica, se nao tiver retorna uma mensagem falando que nao foi encontrado o sensor de

toque, caso contrario ele vai verificar quando esse sensor for tocado e adiciona o evento

ao campo chamado tt, que e do tipo SFTime, sensor de tempo.

36

O metodo readableFieldChanged que pertence a interface X3DFieldEventListener im-

plementada pela classe AVquımica vai receber o evento e vai realizar as mudancas na

cena da biologia. No Codigo 5.3.2 e apresentado a codificacao deste metodo. O codigo

completo dessa classe esta em anexo, no apendice.

Essas classes vao intergir com o browser e a cena, alem de haver uma interacao entre

elas para que possa ser feita as modificacoes no ambiente da biologia, quando o usuario

interagir com o ambiente da quımica. Podendo assim este ver as modificacoes causadas

no ambiente da biologia, apos a sua acao no ambiente da quımica.

Desta forma conseguiu-se que os ambientes interagissem entre si, onde modificacoes

feitas em um ambiente causam consequencias no outro ambiente, alem disso, e os usuarios

podem se movimentar pelo ambiente virtual. Assim o prototipo possui duas das principais

caracterısticas de RV, a interacao e navegacao.

37

1 /*Esse metodo vai receber o evento e vai realizar as mudancas na cena da biologia.

2 Foi acrescentado um contador "cont", o qual se inicializa com um e incrementado cada

3 vez que o sensor e tocado.Com o uso desse contador, e possıvel remover a cada interac~ao,

4 alguns grupos de nos no Ambiente Virtual da quımica.*/

5

6 public void readableFieldChanged(X3DFieldEvent x3DFieldEvent) {

7

8 // Se o temp n~ao e vazio, ou seja se ele e realizado e contador igual a 1

9 if (temp.isRealized() && cont == 1){

10

11 // pega o no de nome "dad_Group1" na cena da biologia e o remove

12 X3DNode gp = demo.cenab.getNamedNode("dad_Group1");

13 demo.cenab.removeRootNode(gp); // remoc~ao de um grupo de arvores

14

15 // pega o no de nome "dad_agua3" na cena da biologia o remove

16 X3DNode gpa = demo.cenab.getNamedNode("dad_agua3");

17 demo.cenab.removeRootNode(gpa); // remoc~ao de parte do rio

18

19 }

20

21 //Se o temp n~ao e vazio, ou seja se ele e realizado e contador igual a 2

22 else if( temp.isRealized()&& cont == 2){

23

24 X3DNode gp2 = demo.cenab.getNamedNode("dad_Group2");

25 demo.cenab.removeRootNode(gp2);

26

27 X3DNode gpa2 = demo.cenab.getNamedNode("dad_agua2");

28 demo.cenab.removeRootNode(gpa2);

29

30 }

31


33



36



39

40 }

41


43



46

47 X3DNode gpa4 = demo.cenab.getNamedNode("dad_agua");


49

50 }

51

52 //incrementa o cont

53 cont = cont +1;

54 }

Codigo 5.3.2: Codigo do metodo readableFieldChanged

38

Capıtulo 6

Resultados e Dificuldades

6.1 Resultados

Com a utilizacao de todas as ferramentas citadas anteriormente e com a implementacao

dos ambientes virtuais, assim como a implementacao das aplicacoes externas (classes Java)

e possıvel a simulacao de Ambientes Virtuais Multidisciplinares Interativos. E tendo como

estudo de caso um assunto que vem sendo bastante discutido, devidos as consequencias

negativas causadas por ele, que e o Aquecimento Global.

Algumas imagens serao aprsentadas, estas contem os resultados alcancados na imple-

mentacao do prototipo proposto.

As agua do rio aparece com a coloracao cinza. Quando e executado o sistema, e as

cenas comecam a carregar,a cor da agua esta normal,em tom azul, porem quando carrega

as texturas das folhas das arvores,a cor da agua modifica e fica cinza.

Na Figura 6.1 e ilustrada a execucao do sistema, antes mesmo do usuario fazer a

intercao com este.

Figura 6.1: Ambientes Virtuais sem Modificacoes

39

Se o usuario der um clique para aumentar a concentracao de CO2 e percebido que

algumas arvores irao desaparecer e a agua do rio ira diminuir, o nıvel do rio ira abaixar,

aparecendo uma pequena parte em marrom. A cada interacao do usuario, a cada clique

em CO2, aumenta em 340 ppm de concentracao de carbono e esse valorvai acumulado a

cada clique do usuario em CO2. Com o aumento de CO2, consequentemente aumenta o

aquecimento global. Essas mudancas e mostrada na Figura 6.2 .

Figura 6.2: Ambientes Virtuais apos aumentar a concentracao de CO2 pela 1a vez

Apos clicar pela segunda vez para aumentar a concentracao de CO2, outra quantidade

de arvores irao desaparecer e a agua do rio ira diminuir um pouco mais. Para fazer

a remocao de diversos nos e poder saber qual no deve ser removido em determinado

momento, foi criada uma variavel cont, que e incrementada e depois usada na verificacao

para saber qual no deve ser removido no ambiente da biologia. Veja na Figura 6.3 .


Clicando pela terceira vez mais uma quantidade de arvores irao desaparecer e a agua

40

do rio diminuir e ao clicar pela quarta vez, nao havera mais arvore e nem agua no rio,

pode ser percebido nas Figuras 6.4 e 6.5.



Percebe-se que ha interacao do usuario com o ambiente, quando ele aumenta a concen-

tracao de CO2 e tem tambem a iteracao entre os dois ambientes , que e quando a classe

AVquimica percebe o evento e entao ela faz uma iteracao com a classe da biologia para

poder estar removendo os objetos da cena.

6.2 Dificuldades

As principais dificuldades encontradas foram:

• Na criacao do ambiente virtual da biologia, a maior dificuldade foi na criacao das

41

arvores, para conseguir fazer o formato da parte superior (folhas) das arvores e para

fazer com que o tronco ficasse o mais parecido com o real.

• Ja no ambiente da quımica, fazer as representacoes das moleculas de CO2 e CH4, pelo

posicionamento de cada forma geometrica utilizada.

• Na criacao da aplicacao externa, das classes, foram duas as maiores dificuldades:

• No uso da API SAI: Para uso das classes da API SAI foi necessario criar uma

biblioteca com os arquivo s(.jar) presentes na pasta jars do Xj3D, a biblioteca

criada deve ser adicionada ao projeto.

• Instanciar o browser atraves da aplicacao. E preciso tambem ir em proprie-

dades do projeto, selecionar run e em VM Options colocar (-Xmx450M -

Djava.library.path=’usr/local/Xj3D/bin), para que possa executar sem erros.

42

Capıtulo 7

Conclusao e Trabalhos Futuros

7.1 Conclusao

Atualmente, as tecnicas de RV estao sendo bastante utilizadas para expressar fenomenos

fısicos como, por exemplo, o aquecimento global. O estudo do aquecimento global envolve

principalmente 2 disciplinas: a quımica e a biologia. Podemos denominar assim como

sendo multidisciplinar. A Multidisciplinaridade e a interacao entre duas ou mais discipli-

nas, transferindo metodos de uma disciplina a outra. Com isso, percebeu-se a possibilidade

de estar fazendo a juncao das tecnicas de RV com o estudo de caso proposto, resultando

assim no devido trabalho.

A utilizacao do Vizx3D foi eficiente na criacao dos ambientes virtuais, mas como era

preciso exportar esses ambientes com a extensao (.x3dv) foi necessario a utilizacao do

Vivaty Studio para exportar com a extensao desejada.

O uso da API SAI foi eficiente para instanciar o browser Xj3D na aplicacao externa,

assim como o uso do NetBeans para criacao das classes e execucao.Para criacao das

classes, foi necessario criar uma biblioteca com os arquivos (.jar) contidos na pasta jars

do Xj3D e entao adicionar essa biblioteca ao projeto. Para execucao foi preciso adi-

cionar o path da pasta bin, contida no Xj3D, ao java.library.path, para isso e preciso

ir em propriedades do projeto, selecionar run e em VM Options colocar: -Xmx450M

-Djava.library.path=’usr/local/Xj3D/bin. Isso e feito para ter acesso as bibliotecas de

ligacao dinamica (DLL).

Alem disso, o uso da SAI foi eficiente para que se fizesse a interacao entre os dois

ambientes, detectando o aumento da concentracao de dioxido de carbono em um ambiente

e com isso modificando o outro ambiente. E permite tambem a interacao do usuario com

o sistema.

Durante o desenvolvimento do trabalho, algumas dificuldades surgiram, como foi visto,

porem foram superadas conseguindo assim chegar ao objetivo do trabalho de forma satis-

43

fatoria.

7.2 Trabalhos Futuros

Como trabalhos futuros pretende-se:

• Melhorar os ambientes virtuais.

• Fazer a interacao desses ambientes atraves de sistemas distribuıdos.

• Fazer um estudo aprofundado de novos dados do aquecimento global para utiliza-los

nos calculos das consequencia causadas por este.

• Criar um simulador, no qual a pessoa possa interagir de mais formas com o Ambiente

Virtual, como por exemplo escolhendo a quantidade de concentracao de dioxido de

carbono emitidos e simular o que poderia acontecer, alem da utilizacao de dados

concretos, tornando assim a aplicacao mais real.

• Acrescentar tambem na simulacao a possibilidade de estar diminuindo a concentracao

de dioxido de carbono,para mostrar o que poderia acontecer quando diminuir a

concentracao de CO2, sendo para isso e necessario o estudo aprofundado de dados

relacionados ao aquecimento global.

• Acrescentar opcoes para o usuario, como por exemplo, se ele quer simular quais serao

as consequencias do aquecimento global nas geleiras, ou em uma plantacao, entre

outros. Permitir a opcao de escolha .

Resumindo, seria criar um simulador com diversas opcoes de interacao e visua-

lizacao,das causas e consequencias do aquecimento global, o qual poderia ser utili-

zado por diversas pessoas para estudo, para conscientizacao, etc.

44

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47

Apendice A

Codigo Fonte

A.1 Classe AVquımica1 package pfc;

2 //Feito com apoio do Tutorial SAI

3

4

5

6 import java.awt.*;

7 import java.util.HashMap;

8 import javax.swing.*;

9 import org.web3d.x3d.sai.*;

10

11

12 public class AVquimica extends JFrame implements X3DFieldEventListener {

13

14

15 AVbiologia demo = new AVbiologia();

16 X3DScene cenaq;

17 X3DNode temp;

18 int cont = 1;

19 SFTime tt;

20

21

22 /**

23 * Construtor.

24 */

25 public AVquimica() {

26 setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE);

27

28 /*retorna um objeto do tipo Container, esse objeto e o que

29 "recebe" todos os objetos adicionados no JFrame */

30 Container cp = getContentPane();

31

32

33 // Configura os parametros do Browser

34 HashMap parametros = new HashMap();

35

36

37 // Cria um componente SAI

38 X3DComponent Scomp = BrowserFactory.createX3DComponent(parametros);

39

40

41 /*Pega o componente SAI e converte para JComponent e o adiciona ao

42 container, na janela */

43 JComponent Painel = (JComponent)Scomp.getImplementation();

44 cp.add(Painel, BorderLayout.CENTER);

45

46

47 // Obtem um Browser(navegador) externo

48 ExternalBrowser xj3dBrowser = Scomp.getBrowser();

49

48

50

51 setSize(500,500);

52 setVisible(true);

53

54

55 //Cria uma cena do arquivo procurado.

56 cenaq = xj3dBrowser.createX3DFromURL(new String[] { "quimica2.x3dv" });

57

58 // Substitui a cena atual com a nova cena carregada

59 xj3dBrowser.replaceWorld(cenaq);

60

61 /* Pega o no chamado "TOUCHSENSOR_1", na cena da quımica, se n~ao tiver

62 retorna avisando que n~ao foi encontrado o sensor de toque,caso contrario

63 ele vai verificar quando esse sensor for tocado e adiciona o evento ao

64 campo tt,que e do tipo SFTime*/

65 temp = cenaq.getNamedNode("TOUCHSENSOR_1");

66

67 if (temp == null ) {

68 System.out.println("Couldn’t find TouchSensor named: TOUCHSENSOR_1");

69

70 }

71

72

73 tt = (SFTime) temp.getField("touchTime");

74

75

76

77 tt.addX3DEventListener(this);

78

79 }

80

81

82 /*Esse metodo vai receber o evento e vai realizar as mudancas na cena da

83 biologia. Foi acrescentado um contador "cont", o qual se inicializa com um

84 e incrementado cada vez que o sensor e tocado.Com o uso desse contador,

85 e possıvel remover a cada interac~ao,alguns grupos de nos no Ambiente Virtual

86 da quımica.*/

87

88

89 public void readableFieldChanged(X3DFieldEvent x3DFieldEvent) {

90

91 /*Se o temp n~ao e vazio, ou seja se ele e realizado e contador igual a 1*/

92 if( temp.isRealized()&& cont == 1){

93

94 // remoc~ao de um grupo de arvores

95 X3DNode gp = demo.cenab.getNamedNode("dad_Group1"); // pega o no de nome "dad_Group1"

96 demo.cenab.removeRootNode(gp);//remove o no raiz,pego anteriormente

97

98 // remoc~ao de parte do rio

99 X3DNode gpa = demo.cenab.getNamedNode("dad_agua3");// pega o no de nome "dad_agua3"

100 demo.cenab.removeRootNode(gpa);//remove o no raiz,pego anteriormente

101

102 }

103



106




110




114

115 }

116



119




123

49




127

128 }



131




135


137 X3DNode gpa4 = demo.cenab.getNamedNode("dad_agua");


139

140 }

141

142 //incrementa o cont

143 cont = cont +1;

144

145 }

146 public static void main(String[] args) {

147

148 AVquimica demo1 = new AVquimica();

149 }

150 }

A.2 Classe AVbiologia1 package pfc;

2 //Feito com o apoio do tutorial SAI

3

4 import java.awt.*;

5 import java.util.HashMap;

6 import javax.swing.*;

7 import org.web3d.x3d.sai.*;

8

9 public class AVbiologia extends JFrame {

10

11 X3DScene cenab;

12

13 /**

14 * Metodo contrutor que ira carregar o browser e a cena

15 */

16

17 public AVbiologia() {

18 setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE);

19

20 /*retorna um objeto do tipo Container, esse objeto e o que

21 "recebe" todos os objetos adicionados no JFrame */

22 Container cp1 = getContentPane();

23

24

25 // Configura os parametros do Browser

26 HashMap parametros1 = new HashMap();

27

28

29 // Cria um componente SAI

30 X3DComponent Scomp1 = BrowserFactory.createX3DComponent(parametros1);

31

32

33 /*Pega o componente SAI e converte para JComponent e o adiciona

34 container */

35 JComponent Painel1 = (JComponent)Scomp1.getImplementation();

36 cp1.add(Painel1, BorderLayout.CENTER);

37

38

39 // Obtem um Browser(navegador) externo

40 ExternalBrowser xj3dBrowser1 = Scomp1.getBrowser();

41

50

42

43 setSize(500,500);

44 setVisible(true);

45 setLocation(505,0);

46

47

48 //Cria uma cena do arquivo procurado.

49 cenab = xj3dBrowser1.createX3DFromURL(new String[] { "Biologia3.x3dv" });

50

51

52 // Substitui a cena atual com a nova cena carregada

53 xj3dBrowser1.replaceWorld(cenab);

54 }

55 }

56

A.3 Ambiente Virtual Quımica e Ambiente Virtual

Biologia

Os arquivos com os codigos dos ambientes virtuais, devido ao tamanho, por ocupar

muitas paginas, encontram-se no CD anexo ao Relatorio.

51

Utiliza˘c~ao de T ecnicas de Realidade Virtual na Simula˘c ... · de Ambientes Virtuais...

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