O GUI (Graphical User Interface), ou interface gráfica, constitui um meio para a interacção dos utilizadores com o computador. Uma interface gráfica transmite ao utilizador a sensação de manipulação directa dos objectos que fazem parte dela através da utilização de dispositivos de entrada como ratos e teclados. Os ambientes de realidade virtual resultam do desenvolvimento e da investigação realizados com GUI. Por outro lado, através da utilização de ambientes virtuais e da estimulação de todos os sentidos do utilizador, obtém-se os ambientes imersivos. Para a estimulação dos sentidos do utilizador são utilizados outros dispositivos, para interagir com os objectos do ambiente virtual, como capacetes de visualização, as luvas de dados e os auscultadores. Desta forma, a visão dos utilizadores deixa de ser o único sentido a ser estimulado, transmitindo ao utilizador a sensação de imersão.
1.1. Evolução histórica da interface Homem-máquina
A evolução histórica da interface Homem-máquina é o resultado de diversos desenvolvimentos verificados em diferentes domínios ao longo dos anos.
Como exemplos desses desenvolvimentos temos os seguintes acontecimentos:
• Em 1958, Comeau e Bryan em parceria com a empresa Philco, desenvolveram um protótipo de um capacete, ao qual mais tarde se deu o nome de Head-Mounted Display (HMD), com monitores e sensores de detecção de movimento ligado a um par de câmaras remotas. Estes sensores permitiam deslocar as câmaras de acordo com os movimentos da cabeça, criando no utilizador a sensação de presença.
• Em 1962, Morton Heilig, desenvolveu um simulador denominado Sensorama, que permitia ao utilizador viver as sensações de uma viagem num veículo de duas rodas. Para tal, eram utilizadas as imagens 3D, o som estéreo, vibrações e simuladores de vento e aromas.
• Em 1968, Ivan Sutherland criou o primeiro sistema Head-Mounted Three Dimensional Display, derivado do protótipo criado e 1958. Em virtude desta descoberta, este investigador ficou conhecido como o precursor da realidade virtual.
• Em 1969, Myron Krueger criou o Videoplace, capturando imagens de pessoas que participavam na experiência e projectando-as em 2D numa tela em que as pessoas podiam interagir umas com as outras e com os objectos projectados nesta.
• Em 1986, a NASA criou um ambiente virtual que permitia aos utilizadores indicar comandos por voz, manipular objectos virtuais através do movimento das mãos e ouvir voz sintetizada com som 3D.
• Em 1987, a VPL Research foi pioneira na comercialização de produtos de realidade virtual.
Como exemplos desses desenvolvimentos temos os seguintes acontecimentos:
• Em 1958, Comeau e Bryan em parceria com a empresa Philco, desenvolveram um protótipo de um capacete, ao qual mais tarde se deu o nome de Head-Mounted Display (HMD), com monitores e sensores de detecção de movimento ligado a um par de câmaras remotas. Estes sensores permitiam deslocar as câmaras de acordo com os movimentos da cabeça, criando no utilizador a sensação de presença.
• Em 1962, Morton Heilig, desenvolveu um simulador denominado Sensorama, que permitia ao utilizador viver as sensações de uma viagem num veículo de duas rodas. Para tal, eram utilizadas as imagens 3D, o som estéreo, vibrações e simuladores de vento e aromas.
• Em 1968, Ivan Sutherland criou o primeiro sistema Head-Mounted Three Dimensional Display, derivado do protótipo criado e 1958. Em virtude desta descoberta, este investigador ficou conhecido como o precursor da realidade virtual.
• Em 1969, Myron Krueger criou o Videoplace, capturando imagens de pessoas que participavam na experiência e projectando-as em 2D numa tela em que as pessoas podiam interagir umas com as outras e com os objectos projectados nesta.
• Em 1986, a NASA criou um ambiente virtual que permitia aos utilizadores indicar comandos por voz, manipular objectos virtuais através do movimento das mãos e ouvir voz sintetizada com som 3D.
• Em 1987, a VPL Research foi pioneira na comercialização de produtos de realidade virtual.
1.2. Os ambientes gráficos actuais, ergonomia e sentidos
Os ambientes gráficos actuais apresentam boa qualidade, necessitando, por isso, para a sua formação, de computadores e dispositivos periféricos com mais capacidades. A qualidade dos ambientes gráficos é um aspecto particularmente importante na imersão do utilizador, principalmente quando o ambiente virtual é recriado a partir de um ambiente real, pois quanto mais reais se apresentarem aos olhos do utilizador mais imerso este poderá sentir-se no ambiente virtual.
Para tornar os ambientes gráficos mais realistas são utilizados o rendering e o mapeamento de texturas, que são duas técnicas que contribuem para a formação de imagens de boa qualidade.
O desenvolvimento dos equipamentos é o resultado dos estudos efectuados pela ergonomia. Desta forma, evitam-se situações de mal-estar no utilizador criadas pelos equipamentos de realidade virtual devido a características como o seu peso, as suas dimensões e o seu modo de funcionamento. Devido a todos estes desenvolvimentos verificados nos ambientes gráficos e nos equipamentos disponibilizados, consegue-se actualmente estimular todos os sentidos dos utilizadores mais facilmente, de uma forma mais realista e mais imersiva.
Para tornar os ambientes gráficos mais realistas são utilizados o rendering e o mapeamento de texturas, que são duas técnicas que contribuem para a formação de imagens de boa qualidade.
O desenvolvimento dos equipamentos é o resultado dos estudos efectuados pela ergonomia. Desta forma, evitam-se situações de mal-estar no utilizador criadas pelos equipamentos de realidade virtual devido a características como o seu peso, as suas dimensões e o seu modo de funcionamento. Devido a todos estes desenvolvimentos verificados nos ambientes gráficos e nos equipamentos disponibilizados, consegue-se actualmente estimular todos os sentidos dos utilizadores mais facilmente, de uma forma mais realista e mais imersiva.
2.1. Conceito
A realidade virtual consiste na simulação de ambientes através do computador, permitindo aos utilizadores interagir, visualizar e manipular objectos destes ambientes virtuais. Podendo estes ser recriações a partir do ambiente real ou criações originais.
A implementação de um sistema de realidade virtual requer a existência de um sistema multimédia interactivo bastante desenvolvido, com formação de gráficos 3D interactivos em tempo real. Por outro lado, quando se pretende a estimulação de outros sentidos para além da visão, é necessária a utilização de equipamentos específicos.
Estes ambientes virtuais são, actualmente, utilizados na maioria das áreas do conhecimento e das actividades humanas, como medicina, arquitectura, engenharia, educação, entretenimento e treino de actividades desportivas e profissionais. Permitem colocar-nos, a nós utilizadores, face a novas situções sejam elas possiveis ou impossíveis de forma a uma aprendizagem mais segura.
A imersão, a interacção e o envolvimento constituem aspectos fundamentais necessários à implementação da realidade virtual.
A implementação de um sistema de realidade virtual requer a existência de um sistema multimédia interactivo bastante desenvolvido, com formação de gráficos 3D interactivos em tempo real. Por outro lado, quando se pretende a estimulação de outros sentidos para além da visão, é necessária a utilização de equipamentos específicos.
Estes ambientes virtuais são, actualmente, utilizados na maioria das áreas do conhecimento e das actividades humanas, como medicina, arquitectura, engenharia, educação, entretenimento e treino de actividades desportivas e profissionais. Permitem colocar-nos, a nós utilizadores, face a novas situções sejam elas possiveis ou impossíveis de forma a uma aprendizagem mais segura.
A imersão, a interacção e o envolvimento constituem aspectos fundamentais necessários à implementação da realidade virtual.
2.2. Simulação da realidade
A simulação da realidade é uma imitação de um sistema do mundo real. A simulação tenta representar certos aspectos do comportamento de um sistema físico ou abstracto através do comportamento de outro sistema.
A simulação é uma "ferramenta" que permite testar experiências e situações que poderiam ser difíceis de ser observadas na vida real, sendo um método seguro de poupar tempo e dinheiro.
A simulação é uma "ferramenta" que permite testar experiências e situações que poderiam ser difíceis de ser observadas na vida real, sendo um método seguro de poupar tempo e dinheiro.
2.3. Realidade imersiva e não imersiva
A realidade imersiva consiste na sensação de inclusão experimentada pelo utilizador de um ambiente virtual, ou seja, o utilizador sente-se dentro do ambiente e a interagir com os seus elementos. Para produzir no utilizador esta sensação, o sistema tem de conseguir estimulá-lo sensorialmente, utilizando diversos dispositivos, como o capacete de visualização (head-mounted display), as luvas de dados (datagloves) e os auscultadores (headphones) . Além destes, é importante considerar outros aspectos na imersão, como o lugar utilizado, a forma como é efectuada a projecção, a posição e as deslocações do utilizador, a distância do utilizador aos controlos e a qualidade do som.
A realidade não imersiva, ao contrário da realidade imersiva, consiste na sensação de não inclusão experimentada pelo utilizador de um ambiente virtual, ou seja, neste caso o utilizador não se sente como parte do ambiente. É considerado ambiente não imersivo a visualização de imagens tridimensionais através de um monitor e em que o utilizador interage com os elementos do ambiente virtual através de dispositivos como o rato, o teclado e o joystick.
A realidade não imersiva, ao contrário da realidade imersiva, consiste na sensação de não inclusão experimentada pelo utilizador de um ambiente virtual, ou seja, neste caso o utilizador não se sente como parte do ambiente. É considerado ambiente não imersivo a visualização de imagens tridimensionais através de um monitor e em que o utilizador interage com os elementos do ambiente virtual através de dispositivos como o rato, o teclado e o joystick.
3.1. Conceito
A interactividade num ambiente virtual consiste na possibilidade de o utilizador dar instruções ao sistema através de acções efectuadas neste e nos seus objectos. O sistema, em função destas acções, transforma-se e adapta-se, criando novas situações ao utilizador.
O utilizador pode, por exemplo, movimentar-se num ambiente virtual 3D efectuando acções sobre os objectos que o compõem. A simples movimentação do utilizador vai implicar que o sistema tenha de gerar e actualizar as imagens do ambiente virtual correspondentes à nova perspectiva.
O utilizador pode, por exemplo, movimentar-se num ambiente virtual 3D efectuando acções sobre os objectos que o compõem. A simples movimentação do utilizador vai implicar que o sistema tenha de gerar e actualizar as imagens do ambiente virtual correspondentes à nova perspectiva.
3.2. Características ou componentes
A interactividade tem como características ou componentes:
• A comunicação, que estabelece uma transmissão recíproca entre o utilizador e o sistema, através de dispositivos periféricos ligados ao sistema;
• O feedback, que permite regular a manipulação dos objectos do ambiente virtual a partir dos estímulos sensoriais recebidos do sistema pelo utilizador;
• O controlo e a resposta, que permitem ao sistema regular e actuar nos comportamentos dos objectos do ambiente virtual;
• O tempo de resposta, que é o tempo que decorre entre a acção do utilizador sobre um dos objectos do ambiente virtual e a correspondente alteração criada pelo sistema;
• A adaptabilidade, que é a capacidade que o sistema possui de alterar o ambiente virtual em função das acções do utilizador sobre os objectos destes.
• A comunicação, que estabelece uma transmissão recíproca entre o utilizador e o sistema, através de dispositivos periféricos ligados ao sistema;
• O feedback, que permite regular a manipulação dos objectos do ambiente virtual a partir dos estímulos sensoriais recebidos do sistema pelo utilizador;
• O controlo e a resposta, que permitem ao sistema regular e actuar nos comportamentos dos objectos do ambiente virtual;
• O tempo de resposta, que é o tempo que decorre entre a acção do utilizador sobre um dos objectos do ambiente virtual e a correspondente alteração criada pelo sistema;
• A adaptabilidade, que é a capacidade que o sistema possui de alterar o ambiente virtual em função das acções do utilizador sobre os objectos destes.
3.3. Níveis segundo a relação Homem-máquina
Na relação Homem-máquina podem ser identificados os níveis de interactividade reactiva, coactiva e proactiva.
No nível de interactividade reactiva, o utilizador tem um controlo limitado sobre o conteúdo do ambiente virtual. A interacção e o feedback são controlados pelo sistema e seguem um caminho pré-programado, ou seja, o sistema controla o desenrolar da acção dos utilizadores.
No nível de interactividade coactiva, o utilizador tem o controlo da sequência, do ritmo e do estilo das acções desenvolvidas sobre o conteúdo do ambiente virtual.
No nível de interactividade proactiva. o utilizador tem o controlo da estrutura e do conteúdo das acções desenvolvidas no ambiente virtual, ou seja, o utilizador controla dinamicamente o desenvolvimento do conteúdo deste.
No nível de interactividade reactiva, o utilizador tem um controlo limitado sobre o conteúdo do ambiente virtual. A interacção e o feedback são controlados pelo sistema e seguem um caminho pré-programado, ou seja, o sistema controla o desenrolar da acção dos utilizadores.
No nível de interactividade coactiva, o utilizador tem o controlo da sequência, do ritmo e do estilo das acções desenvolvidas sobre o conteúdo do ambiente virtual.
No nível de interactividade proactiva. o utilizador tem o controlo da estrutura e do conteúdo das acções desenvolvidas no ambiente virtual, ou seja, o utilizador controla dinamicamente o desenvolvimento do conteúdo deste.
3.4. Níveis segundo a acção sensorial
Segundo a acção sensorial, os níveis de interactividade classificam-se em elevada, média e baixa.
No nível de interactividade elevada o utilizador está completamente imerso num ambiente virtual, onde são estimulados todos os seus sentidos.
No nível de interactividade média apenas alguns sentidos do utilizador estão a ser utilizados e exerce um controlo limitado sobre o desenrolar da acção num ambiente virtual.
No nível de interactividade elevada o utilizador está completamente imerso num ambiente virtual, onde são estimulados todos os seus sentidos.
No nível de interactividade média apenas alguns sentidos do utilizador estão a ser utilizados e exerce um controlo limitado sobre o desenrolar da acção num ambiente virtual.
No nível de interactividade baixa o utilizador não se sente como parte do ambiente virtual e apenas alguns dos seus sentidos estão a ser utilizados.
3.5. Tipos de interactividade
Os diferentes tipos de interactividade podem classificar-se em: linear, de suporte, hierárquica, sobre objectos, reflexiva, de hiperligação, de actualização e construtiva.
No tipo de interactividade linear, o utilizador pode definir o sentido da sequência das acções desenvolvidas no ambiente virtual, mas apenas acedendo à seguinte ou à precedente. Numa interacção linear as acções são mais simples de gerar. Este tipo de interactividade desenvolve-se de forma reactiva.
No tipo de interactividade de suporte, o utilizador recebe do sistema apoio sobre o seu desempenho através de simples mensagens de ajuda a complexos manuais. Este tipo de interactividade desenvolve-se de forma reactiva.
No tipo de interactividade hierárquica, o utilizador navega no sistema através de um conjunto predefinido de opções, podendo seleccionar um trajecto. Este tipo de interactividade desenvolve-se de forma reactiva.
No tipo de interactividade sobre objectos, o utilizador activa objectos usando o rato ou um outro dispositivo apontador para obter respostas do sistema.
No tipo de interactividade reflexiva, o sistema efectua perguntas que o utilizador responde. Este pode comparar as suas respostas com as de outros utilizadores ou com as de especialistas, permitindo, desta forma, uma reflexão sobre as mesmas. Este tipo de interactividade desenvolve-se de forma proactiva.
No tipo de interactividade de hiperligação. o sistema define as ligações necessárias para garantir que o acesso aos seus elementos, por parte do utilizador, seja assegurado por todos os trajectos possíveis ou relevantes, criando um ambiente flexível. Este tipo de interactividade desenvolve-se de forma proactiva.
No tipo de interactividade de actualização, a interactividade entre o sistema e o utilizador permite gerar conteúdos actualizados e individualizados em resposta às acções do utilizador.
Este tipo de interactividade pode variar de um formato simples de perguntas e de respostas até formatos mais complexos que podem incorporar na sua construção componentes de inteligência artificial. Este tipo de interactividade desenvolve-se de forma proactiva.
No tipo de interactividade construtiva, o utilizador constrói um modelo a partir do manuseamento de objectos componentes deste, atingindo um objectivo específico. Para tal, o utilizador tem de seguir uma sequência correcta de acções para que a tarefa seja concluída. Este tipo de interactividade é uma extensão do tipo de interactividade de actualização e desenvolve-se de forma proactiva.
No tipo de interactividade linear, o utilizador pode definir o sentido da sequência das acções desenvolvidas no ambiente virtual, mas apenas acedendo à seguinte ou à precedente. Numa interacção linear as acções são mais simples de gerar. Este tipo de interactividade desenvolve-se de forma reactiva.
No tipo de interactividade de suporte, o utilizador recebe do sistema apoio sobre o seu desempenho através de simples mensagens de ajuda a complexos manuais. Este tipo de interactividade desenvolve-se de forma reactiva.
No tipo de interactividade hierárquica, o utilizador navega no sistema através de um conjunto predefinido de opções, podendo seleccionar um trajecto. Este tipo de interactividade desenvolve-se de forma reactiva.
No tipo de interactividade sobre objectos, o utilizador activa objectos usando o rato ou um outro dispositivo apontador para obter respostas do sistema.
No tipo de interactividade reflexiva, o sistema efectua perguntas que o utilizador responde. Este pode comparar as suas respostas com as de outros utilizadores ou com as de especialistas, permitindo, desta forma, uma reflexão sobre as mesmas. Este tipo de interactividade desenvolve-se de forma proactiva.
No tipo de interactividade de hiperligação. o sistema define as ligações necessárias para garantir que o acesso aos seus elementos, por parte do utilizador, seja assegurado por todos os trajectos possíveis ou relevantes, criando um ambiente flexível. Este tipo de interactividade desenvolve-se de forma proactiva.
No tipo de interactividade de actualização, a interactividade entre o sistema e o utilizador permite gerar conteúdos actualizados e individualizados em resposta às acções do utilizador.
Este tipo de interactividade pode variar de um formato simples de perguntas e de respostas até formatos mais complexos que podem incorporar na sua construção componentes de inteligência artificial. Este tipo de interactividade desenvolve-se de forma proactiva.
No tipo de interactividade construtiva, o utilizador constrói um modelo a partir do manuseamento de objectos componentes deste, atingindo um objectivo específico. Para tal, o utilizador tem de seguir uma sequência correcta de acções para que a tarefa seja concluída. Este tipo de interactividade é uma extensão do tipo de interactividade de actualização e desenvolve-se de forma proactiva.
4. Como avaliar soluções interactivas
As soluções interactivas de realidade virtual têm como objectivo principal o envolvimento do utilizador num ambiente que não é real. Estas soluções necessitam de ser nos aspectos relacionados com as questões tecnológicas utilizadas, nas alterações provocadas ao nível psicológico e social dos utilizadores e na qualidade da aplicação. Desse modo para as podermos avaliar de uma forma mais completa e objectiva, analisam-se as seguintes características:
1) Funcionamento dos dispositivos periféricos e a sua ergonomia;
2) Qualidade gráfica dos ambientes virtuais e o seu realismo perante o olhar do utilizador;
3) Contributo para a imersão do utilizador;
4) Utilização adequada das cores;
5) Aspectos visuais;
6) Qualidade adequada do som;
7) Qualidade da estimulação táctil e da percepção da força;
8) Funcionamento e objectivos da simulação;
9) Outras características mais específicas relacionadas com a área ou domínio em que se insere.
1) Funcionamento dos dispositivos periféricos e a sua ergonomia;
2) Qualidade gráfica dos ambientes virtuais e o seu realismo perante o olhar do utilizador;
3) Contributo para a imersão do utilizador;
4) Utilização adequada das cores;
5) Aspectos visuais;
6) Qualidade adequada do som;
7) Qualidade da estimulação táctil e da percepção da força;
8) Funcionamento e objectivos da simulação;
9) Outras características mais específicas relacionadas com a área ou domínio em que se insere.
5. O desenho de soluções interactivas
O desenho de soluções interactivas deve ser precedido do levantamento de todos os requisitos envolvidos, podendo este ser mais ou menos complexo, de acordo com o tamanho e a complexidade destas. Alguns dos requisitos a considerar:
• definição da solução interactiva a desenvolver;
• caracterização do tipo de imersão pretendido;
• avaliação, caracterização e suporte dos vários dispositivos a utilizar;
• definição da capacidade de percepção dos movimentos do utilizador;
• avaliação de recursos e capacidades:
• selecção das ferramentas a utilizar no desenvolvimento;
• criação e edição de formas geométricas e texturas;
• descrição da visão estereoscópica:
• caracterização do hardware, do software e do suporte de rede;
• modelação da acção física do sistema.
Para o desenho de soluções interactivas no âmbito da realidade virtual é necessário envolver conhecimentos de diversas áreas, que permitam a modelação de objectos, a ligação de computadores em redes, a implementação de sistemas de processamento em tempo real e o desenvolvimento de programação orientada a objectos. Para tornar esta tarefa mais acessível e rápida, sem perder capacidades, foram criadas ferramentas, genericamente conhecidas por VR TooIKits, permitindo a criação de programas de realidade virtual. Estas ferramentas permitem, a importação de imagens a partir de programas como o AutoCad, a ligação de dispositivos periféricos específicos e o trabalho de efeitos como iluminação, sombreamento e textura dos objectos, funcionando de forma independente do hardware.
• definição da solução interactiva a desenvolver;
• caracterização do tipo de imersão pretendido;
• avaliação, caracterização e suporte dos vários dispositivos a utilizar;
• definição da capacidade de percepção dos movimentos do utilizador;
• avaliação de recursos e capacidades:
• selecção das ferramentas a utilizar no desenvolvimento;
• criação e edição de formas geométricas e texturas;
• descrição da visão estereoscópica:
• caracterização do hardware, do software e do suporte de rede;
• modelação da acção física do sistema.
Para o desenho de soluções interactivas no âmbito da realidade virtual é necessário envolver conhecimentos de diversas áreas, que permitam a modelação de objectos, a ligação de computadores em redes, a implementação de sistemas de processamento em tempo real e o desenvolvimento de programação orientada a objectos. Para tornar esta tarefa mais acessível e rápida, sem perder capacidades, foram criadas ferramentas, genericamente conhecidas por VR TooIKits, permitindo a criação de programas de realidade virtual. Estas ferramentas permitem, a importação de imagens a partir de programas como o AutoCad, a ligação de dispositivos periféricos específicos e o trabalho de efeitos como iluminação, sombreamento e textura dos objectos, funcionando de forma independente do hardware.
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