1 Faculdade de Engenharia Elétrica - Universidade Federal de Uberlândia - Av. João Naves de Ávila, 2.160 –
Campus Santa Mônica – Bloco 1N - Uberlândia - MG – Brasil -38400-902 - e-mail afonsobe@gmail.com
2 Faculdade de Engenharia Elétrica - Universidade Federal de Uberlândia - Av. João Naves de Ávila, 2.160 –
Campus Santa Mônica – Bloco 3N - Uberlândia - MG – Brasil -38400-902 – e-mail lamounier@ufu.br
ASSOCIOANDO REALIDADE VIRTUAL AO FUNCIONAMENTO DE UMA USINA HIDRELÉTRICA.
AFONSO BERNARDINO DE ALMEIDA JUNIOR1, EDGARD AFONSO LAMOUNIER JUNIOR2
RESUMO
Associando Realidade Virtual ao Funcionamento de uma Usina Hidrelétrica
A busca por melhores métodos de aprendizado vem ganhando espaço, possibilitando uma melhor formação de profissionais e, conseqüentemente, uma melhora nas atividades destes. A realidade virtual vem se mostrando ser uma ótima ferramenta no auxilio de tais métodos, proporcionando excelentes resultados.
Na área de engenharia elétrica há um problema no ensino de estruturas que compõe usinas hidrelétricas, pois apenas ilustrações são fornecidas aos alunos, que devem apenas imaginar seu funcionamento.
Além disso, a visualização de certas estruturas presentes na usina não é possível quando as mesmas estão em funcionamento, ocasionando um déficit no aprendizado de tais estruturas. A presente pesquisa propõe um sistema, compatível com a WEB e suportado por técnicas de Realidade Virtual, que possibilite ao usuário a compreensão do funcionamento de uma usina hidrelétrica, inclusive detalhar ao mesmo, visualizações somente possíveis graças à realidade virtual, e que se aplica ao ensino de tópicos de Engenharia Elétrica.
ABSTRACT
Associating Virtual Reality to the Hydroelectric Plant Working
The search for better methods of learning comes gaining space, making possible one better formation of professionals and, consequently, an improvement in the activities of these. The virtual reality comes showing us to be an excellent tool in it, providing excellent results. In the area of electric engineering it has a problem in the education of structures that composes hydroelectric plants, therefore only illustrations are supplied to the pupils, who must only imagine the functioning of it. Moreover, the visualization of certain structures is not possible when the same ones are in functioning, causing a deficit in the learning of such structures. The present research considers a system, compatible with the WEB and supported by techniques of Virtual Reality, that makes possible to the user the understanding of the functioning of a hydroelectric plant, also to detail to the same, only possible visualizations thanks to the virtual reality, and that it is applied to the education of topics of Electric Engineering.
1. Introdução
Atualmente, a Realidade Virtual (RV) é considerada uma forma bastante avançada de se interagir com computadores e representa um novo paradigma de interface (Ellis). Tais técnicas possuem aplicações nos mais diferentes segmentos, a saber: processos industriais, psicologia, treinamento, educação, desenvolvimento de projetos, entre outros (Sherman).
Dentro de um processo educativo, o usuário experimenta a observação e a exploração de diferentes realidades para a construção de seu conhecimento. Até pouco tempo, essa exploração encontrava-se restrita ao mundo real, e o desenvolvimento de tecnologias computacionais rompeu esse paradigma, ampliando os limites dessa realidade e permitindo, de forma virtual, a "materialização da imaginação". A RV enquadra-se no contexto onde nos é permitido aprender visitando lugares onde Jamais estaremos na vida real, talvez porque o lugar seja muito pequeno para ser visto ou muito grande para ser examinado como um todo, ou ainda muito caro ou muito distante. Ela permite que movamos coisas que são muito pesadas, muito leves ou muito caras e perigosas para mover. A figura 1 destaca o uso de Realidade Virtual com uso de dispositivos multi-sensorias, na análise do subsolo (Botelho).
Figura 1 – Ambiente virtual e óculos para imersão virtual usado na navegação.
Também ainda é permitido que visitemos lugares em períodos diferentes de tempo e com uma rapidez tão grande que, sem ela, seria impossível fazê-lo em uma vida toda. É possível, por exemplo, ver nosso mundo hoje e em um instante viajarmos 10 mil anos no passado e ver como era naquela época.
A potencialidade da RV está exatamente no fato de permitir a exploração de alguns ambientes, processos ou objetos, não por meio de livros, fotos, filmes ou aulas, mas por meio da manipulação e análise virtual do próprio alvo do estudo (Pinho).
Exatamente essa possibilidade de interação do usuário com o ambiente que lhe é apresentado, através de um intercâmbio sensorial que estimula a exploração. Em outras palavras, além de receber os estímulos provocados pelo universo criado
artificialmente, o usuário pode interferir nesse universo através de ações que simulam sua interação com o mundo real ou outro, totalmente virtual (Costa).
Analisando pelo âmbito educacional, existem duas formas de aprendizagem do mundo. A primeira, denominada "experiências de 1ª pessoa", é resultado da interação diária do indivíduo com o mundo e a percepção que essa interação lhe transfere através de sua participação direta. A segunda chamada pelo autor de "experiências de 3ª pessoa" é o conhecimento do mundo através da descrição que é feita por alguém. Enquanto a primeira é direta, subjetiva e muitas vezes inconsciente, apesar de mais freqüente, a segunda é objetiva, consciente e explícita, pois o receptor sempre sabe que está adquirindo o conhecimento por meio de outra pessoa (Pinho).
Sob esse ponto de vista, o uso cotidiano do computador é uma experiência de 3ª pessoa. Por mais que haja uma interação através do teclado ou do mouse, o usuário sempre tem a percepção de que uma informação lhe está sendo transmitida. A idéia de "imersão" contida na RV transfere a experiência para a 1ª pessoa, criando condições onde o usuário não tenha que criar metáforas para relacionar o dado da tela com o real e sim possa explorar o dado como se ele de fato existisse.
Braga destaca que as características da RV (imersão, interação e envolvimento) são totalmente apropriadas para sua utilização no ensino já que compõem um trabalho multidisciplinar que enriquece o ambiente de aprendizagem. Segundo ela, a RV em seu conjunto reúne especificidades e atributos que a torna uma ferramenta ideal para as múltiplas situações e contextos de pesquisa e aprendizagem. Cada um tem o seu estilo de aprendizagem, uns visuais, outros verbais, uns gostam de explorar e outros preferem deduzir.
Mas o interessante da RV é que em cada um desses estilos ela possa ser usada de forma diferente. Sendo assim, permite também a criação de ambientes onde a aprendizagem se realiza por etapas, sendo as barreiras entre as etapas facilmente colocadas ou removidas. A figura 2 ilustra a criação de ambientes, e ainda, compatível com a WEB. (Dede).
A autora sintetiza também as diversas razões para se utilizar a RV no ensino, sendo as principais:
• Maior motivação para a aprendizagem por promover uma participação ativa do estudante com o objeto de estudo;
• Grande poder de ilustração do que se pretende explorar, superior ao da maioria das mídias comumente utilizadas;
• Facilidade de aproximação ou afastamento do usuário, ampliando as possibilidades de análise e observação do fenômeno;
• Adaptação às características e ao ritmo de aprendizado individual de cada aluno, facilitando sua assimilação do contexto e do conteúdo;
• Possibilidade de criação e exploração de ambientes e processos considerados abstratos no mundo real.
Entende-se que os métodos atuais de ensino, conhecimento e pesquisa, contam com o apoio da tecnologia que os possibilita atuar de forma lógica, dando vazão a aprendizagem de modo claro e real, contando com os recursos da imaginação e compreensão dos fatos, mediante a RV (Souza). Esta tecnologia conta com um recurso ao seu lado, quando vista no contexto do ensino para indivíduos estimularem a capacidade de imaginação,
sendo este imprescindível para o bom desenvolvimento do mesmo.
Desta forma, a introdução da RV no ensino/aprendizagem demonstra um novo paradigma que relata um ensino de forma dinâmica, criativa, colocando o aluno no centro dos processos de aprendizagem e buscando uma formação de um ser crítico, independente e construtor de seu conhecimento. O uso da Realidade Virtual em educação e em jogos educativos é explorado buscando integrar a interação ao processo de aprendizado, despertando o senso de análise dos alunos como se vê na Figura 3 (Freitas).
Figura 3 - Jogo virtual Aplicado a Educação infantil.
Neste contexto, este trabalho visa desenvolver e avaliar a adequação do uso de técnicas de realidade virtual para desenvolver a aplicação posterior no
ensino de engenharia elétrica e assuntos afins.
A disciplina de linhas aéreas de transmissão, a qual é ministrada nos cursos de engenharia elétrica, por exemplo, requer tanto do aluno quanto do professor, grande capacidade de visualização de detalhes. Isso se deve ao fato de que é extremamente importante observar como as peças são engastadas, como os isoladores são dispostos e como ocorrem as variações destas estruturas sob diversas condições elétricas e físicas. Um bom exemplo é a forma como os transformadores de tensão (força ou distribuição) são apresentados no decorrer do curso, uma forma de pouca interação com o aluno utilizando sistemas em apenas duas dimensões (Figura 4).
Figura 4 – Transformador monofásico, a seco.
Tradicionalmente o estudo da transmissão de energia elétrica tem como recurso didático básico, a utilização de fotos.
Apesar de interessante, estes materiais são pobres em detalhes, limitam os alunos e muitas vezes não permitem que se faça idéia de como é a estrutura real.
Um estudo do professor David Ainge, da Escola de Educação da James Cook University, na Austrália, consistiu em algumas experiências que comparavam a utilização de fotos e da realidade virtual no ensino. Como resultado, concluiu que os alunos tiveram certa dificuldade de construir um modelo mental tridimensional a partir de imagens bidimensionais. Assim o desenvolvimento de uma aplicação de realidade virtual, funciona como auxílio, visando utilizá-la no ensino na área de engenharia.
A usina hidrelétrica é um exemplo da dificuldade de compreensão do seu funcionamento. Muitos alunos somente conhecem por vídeos ou fotos, mas não compreendem como funcionam internamente. Os conjuntos de ambientes virtuais sanam esse problema uma vez que se podem visualizar as estruturas da usina em funcionamento, sendo algumas observações somente possíveis graças à realidade virtual (Nunes).
A proposta deste trabalho é apresentar um software em desenvolvimento, que, com técnicas de RV permite a interpretação e a visualização do funcionamento de uma usina hidrelétrica. Tal sistema é composto por Ambientes Virtuais similares aos
ambientes reais da usina, com a possibilidade de, interativamente, visualizar os componentes da mesma.
Uma usina hidrelétrica, de acordo com Bandini, pode ser definida como um conjunto de obras cuja finalidade é a geração de energia elétrica, através de aproveitamento do potencial hidráulico existente em um rio. Esse potencial é proporcionado pela vazão hidráulica e pela concentração dos desníveis existentes ao longo do curso de um rio.
A água captada no lago formado pela barragem é conduzida até a casa de força através de canais, túneis e/ou condutos metálicos. Após passar pela turbina hidráulica, na casa de força, a água é restituída ao leito natural do rio, através do canal de fuga. Dessa forma, a potência hidráulica é transformada em potência mecânica quando a água passa pela turbina, fazendo com que esta gire, e, no gerador - que também gira acoplado mecanicamente à turbina - a potência mecânica é transformada em potência elétrica (Central Electricity Generating Board).
A energia assim gerada é levada através de cabos ou barras condutoras dos terminais do gerador até o transformador elevador, onde tem sua tensão (voltagem) elevada para adequada condução, através de linhas de transmissão, até os centros de consumo. Daí, através de transformadores
abaixadores, a energia tem sua tensão levada a níveis adequados para utilização pelos consumidores (D'Ajuz).
O modelo resumido do sistema de geração, transmissão e distribuição é mostrado pela Figura 5, que resume bem todo esse complexo sistema (ALSTOM).
Figura 5 – Modelo resumido de geração e distribuição de energia.
A Realidade Virtual, aliada ao desenvolvimento crescente da Internet, proporcionou o desenvolvimento de aplicativos voltados para a Web e têm recebido um merecido destaque nos últimos anos. Diversas propostas têm sido apresentadas, visando à utilização da Web como ferramenta educacional, principalmente, para Ensino a Distância (EAD), segundo Alexandre Cardoso e as pesquisas de Alberto Raposo.
Neste contexto, a Realidade Virtual tem sido intensamente explorada como uma ferramenta que possa produzir ambientes educacionais para o Ensino à Distância de baixo custo. Um dos principais objetivos desta investigação é a concepção de laboratórios virtuais que proporcionam aos usuários um ambiente de Realidade Virtual e à distância para simulação de dinâmicas, sem riscos de situações reais que poderiam levar a acidentes ou perda de material. Especificamente direcionado para Engenharia Elétrica.
Atualmente, muitos dos laboratórios de motores e máquinas elétricas (também de transformadores) em instituições de ensino não possuem um número significativo de peças para estudo dos alunos. Existem casos de se ter um único motor/gerador para ser estudado, ao mesmo tempo, por todos os alunos de uma mesma turma, o que posa como um obstáculo no processo ensino/aprendizagem. Portanto, custo e quantidade destes equipamentos posam como uma significativa limitação a ser considerada. Outra dificuldade observada é que estes motores/geradores são lacrados e muitos deles não permitem ao aluno uma identificação das partes internas dos mesmos – o que seria bastante proveitoso para os alunos a entender o funcionamento comportamental do motor/gerador. Finalmente, ao fazer testes e leituras com o funcionamento dos motores/geradores há
riscos de prejuízos humanos e financeiros, devido a manuseio errôneo de aparelhos. Portanto, este trabalho pretende utilizar de recursos de Realidade Virtual, uma vez que os mesmos procedimentos podem ser simulados com um alto índice de fidelidade em laboratórios virtuais, diminuindo significativamente os riscos acima apresentados (Sherman).
Igualmente, é importante ressaltar que o uso adequado e seguro de motores/geradores elétricos conduzem ao profissional a uma economia de energia, produzindo assim meios para se atingir eficiência energética oriundas da manipulação destes aparelhos. Desnecessário dizer que a crise da energia elétrica e a escassez de recursos têm despertado a consciência da necessidade de conservação e racionalização do uso da energia elétrica, bem como o benefício financeiro desta atividade (Robles).
Além disto, o uso destes ambientes virtuais como suporte à educação pode ser mais eficiente, conveniente e até mais barato do que métodos tradicionais, já que ferramentas gratuitas podem ser usadas nas suas criações e no desenvolvimento, propiciando a aplicação de realidade virtual associada à Internet em soluções relacionadas com Educação a Distância (EAD). È importante ressaltar que estes recursos que serão desenvolvidos poderão também atingir regiões brasileiras mais
carentes (Norte e Nordeste) que possuem acesso a Internet, mas não possuem recursos financeiros para criar laboratórios de motores elétricos (Bell).
Uma destas ferramentas é a linguagem VRML – Virtual Reality Modeling Language, que tem sido aplicada em diversos projetos para concepção de mundos virtuais e é uma importante aliada no desenvolvimento de Ambientes Virtuais (AV) compatíveis com a Web. Dentre as vantagens desta linguagem, podemos destacar:
a) Facilidades de modelar ambientes tridimensionais, próprios para navegação e exploração;
b) Fácil disposição do sistema na Internet a baixo custo computacional e de tráfego de rede;
c) Grande realismo das peças comparadas as estruturas reais.
O desafio consiste em visualizar as estruturas da usina em funcionamento, sendo algumas visualizações somente possíveis graças à RV. Este trabalho aprimora os métodos de ensino e aprendizagem relacionando-os ao desenvolvimento de ambientes virtuais mais interativos focados ao funcionamento de uma usina inteira.
A motivação deste trabalho é prover ao usuário o aprendizado de técnicas que
expliquem o funcionamento de uma usina e de todos seus componentes dando ao mesmo a oportunidade de ter um contato maior com tais sistemas de geração de energia.
2. Material e Métodos São objetivos deste trabalho:
● Desenvolver um conjunto de ambientes virtuais equivalente aos ambientes reais encontrados nas etapas de geração de energia elétrica em uma hidrelétrica, bem como seus componentes de forma detalhada.
● Por meio de interação com estes ambientes virtuais, prover ao usuário a possibilidade de observar com precisão o funcionamento de estruturas da usina, inclusive aquelas cuja visualização é impossível no ambiente real.
● Verificar a aplicação de tal conteúdo como ferramenta educacional através da utilização deste por alunos e professores da área de Engenharia.
Se comparada aos métodos tradicionais, a aplicação de realidade virtual acarreta um aumento considerável na motivação dos alunos, conforme comprovado por outras aplicações bem sucedidas. O sistema utilizado é descrito mais detalhadamente na figura 6 onde se exemplifica o modelo centralizado de realidade virtual e o
modelo distribuído representado na Figura 7.
Figura 6 – Plataforma Convencional de Realidade virtual, modelo centralizado.
Figura 7 – Plataforma Convencional de Realidade Virtual, modelo distribuído.
Byrne desenvolveu, em seu trabalho, aplicativos baseados em realidade virtual para análise de experiências de química (relacionadas com visualização e manuseio de moléculas). Em suas avaliações, observou que a motivação proporcionada pela interatividade do ambiente, promoveu nos estudantes uma retenção maior de informações. Nestes casos, o aprendiz
deixa de ser apenas um ouvinte e passa a integrar o ambiente, de tal forma que ele pode interagir com ele, obtendo respostas para cada ação sua dentro do ambiente. O processo de desenvolvimento dos ambientes virtuais se deu por:
1. Verificação das plantas e detalhes reais dos componentes das usinas hidrelétricas e das subestações; 2. Modelagem geométrica de tais
componentes, com uso de VRML; 3. Modelagem comportamental dos
componentes, baseados também em análises reais;
4. União dos ambientes virtuais com imagens reais das usinas e construção de páginas Web capazes de associar estes a tais imagens.
Para a realização deste projeto foram utilizadas técnicas de realidade virtual. Estas consistem basicamente na construção de interfaces homem-máquina de tal forma que os usuários possam visualizar o cenário, navegar e interagir com ele.
Ao ser inserido dentro deste ambiente, mesmo na frente de um computador, o usuário tem a sensação de estar em um ambiente muito próximo do real, obtendo respostas para cada ação sua dentro do mundo virtual.
Para a implementação destas técnicas de realidade virtual, utilizou-se o software
VRMLpad, da Paralell Graphics, que utiliza a linguagem VRML (Virtual Reality Modeling Language), que tem sido aplicada com bastante sucesso em diversos projetos de concepção de mundos virtuais, conforme a Figura 8 mostrando sua interface.
O surgimento da linguagem está interligado à colaboração de diversas empresas e pesquisadores, que tinham o propósito de desenvolver uma infra-estrutura para aplicações gráficas tridimensionais interativas, e que proporcionassem uma capacidade de criação de uma gama variada de aplicações. Aprimorada, hoje a linguagem VRML é capaz de tudo isso, permitindo ainda, definições de comportamentos (com mais interação e animação) dos componentes tridimensionais. (Parallel graphics).
Figura 8 – Interface do Software VRMLPad, da Parallel Graphics.
Os arquivos que simulam os mundos tridimensionais utilizando linguagem VRML não requerem compiladores específicos para a sua geração (Silva). Assim, por meio de qualquer editor de textos, o desenvolvedor pode conceber tais arquivos, bastando salvá-los com a extensão “wrl”. Estes arquivos definem quais formas geométricas estarão presentes no ambiente e em quais posições, quais as cores, as associações e os movimentos. Enfim, definem todos os aspectos necessários para a composição dos ambientes. Nota-se quão poderosa pode ser a linguagem VRML na figura 9.
Figura 9 – Um ciclone sendo visualizado com o uso de VRML.
A construção do código está relacionada com a concepção de formas. Estas nada mais são do que associações entre elementos tridimensionais geométricos
pré-definidos, tais como cones, cilindros, esferas e paralelepípedos. Cada forma pré-definida possui atributos variáveis que controlam tamanho, cor, posição e ângulos. Nestas formas também é possível inserir texturas, de tal maneira que uma caixa possa ser “coberta” por uma foto (Zeleznik).
Pode-se ainda modificar os fundos, através de funções específicas que permitem simular ambientes diferenciados que se assemelham às condições climáticas, que variam de um lindo dia de sol, um dia nublado ou com muita neblina, dentre outros. É possível também controlar a aparência de elementos do cenário, bem como a inserção de diferentes formas de fontes de luz.
Matsuba mostra ainda alguns recursos extras que permitem inserir sons ou vídeos ao ambiente virtual. Em geral, a própria linguagem VRML possui alguns tipos pré-definidos de animações. No entanto, para animações mais complexas, ela possui compatibilidade com scripts elaborados em Java ou JavaScript, que podem ser inseridos em qualquer mundo virtual (Deitel). Abaixo pode ser visto uma figura (Figura 10) que representa a arquitetura desse sistema.
Figura 10 – Arquitetura do sistema.
A visualização destes ambientes tridimensionais, por sua vez, pode ser feita por meio de um simples navegador de Internet associado a um plug-in, que interpretará o código criando as estruturas definidas.
Como exemplo, a Figura 11 apresenta a turbina, a sala de controle representada na figura 13, e a Figura 14 traz a subestação, de uma unidade geradora de Energia Elétrica, detalhada com informações de Central Electricity Generating Board.
Figura 11 – Turbina.
Figura 12 – Parte Interna do gerador (turbina).
Figura 13 – Sala de controle.
Figura 14 – Subestação de energia – Modelo Virtual.
Observa-se a precisão do modelo virtual (Figura 13 e 14) em relação ao modelo real (Figura 15 e 16).
Figura 15 – Subestação de energia – Modelo Real.
Figura 16 – Sala de Controle – Modelo Real.
Um painel virtual foi desenvolvido para controlar a navegação (por meio da união com o JavaScript). Os cabos de transmissão foram modelados com utilização do software ArtOfIllusion (Figura 17) sendo exportados para o VRML97. (Art Of ilusion)
Figura 17 – Interface do Software ArtOfIllusion.
Cada estrutura modelada pode ser acessada por partes, ou seja, há a possibilidade de analisar apenas partes da estrutura como, por exemplo, o transformador, o rotor, entre outros, proporcionando também informações técnicas sobre as estruturas secundárias. (Figura 18 e Figura 19).
Figura 18 – Visualização apenas do disjuntor, presente na subestação.
Figura 19 – Visualização apenas do Para- Raio, presente na subestação
A tela inicial da vista aérea dá uma idéia geral da usina e proporciona uma idéia de
imersão ao usuário (Figura 20), que ao clicar na área requerida é “transportado” para o ambiente virtual equivalente ao local desejado (Figura 21).
Figura 20 – Tela Inicial da vista aérea
Figura 21 – Observador selecionando local para visualização
Existem indicações (setas) que são direcionadas para regiões da figura onde se encontram as estruturas modeladas (Figura 20) e ao selecionar a região indicada, a mesma, oferece os dados primários da estrutura.
O usuário ainda pode acessar as estruturas da usina utilizando uma vista diferente da aérea. Essa vista possibilita uma maior imersão no mundo virtual, dando ao usuário a possibilidade de visitar as estruturas da forma que preferir. As figuras 22 e 23 mostram claramente essa imersão.
Figura 22 – Observador imerso no mundo totalmente virtual, visualizando a
barragem.
Figura 23 – Observador se dirigindo para acesso às estruturas da usina.
Partindo do princípio de imersão, torna-se possível uma visita virtual à usina, o que
reforça ainda mais a mistura entre o mundo real e o mundo virtual.
3. Resultados e Discussão
O resultado obtido foi um sistema em que o usuário tem um enorme controle sobre as estruturas, podendo até desmontá-las se achar viável. (figura 24).
Figura 24 – Transformador de força sendo desmontado pelo usuário
Como vantagem, a pesquisa apresenta ambientes virtuais que permitem a exploração pelo usuário de forma particular e capaz de atender suas expectativas com respeito à investigação. Por exemplo, é possível simular uma visita à sala de controle, levando o estudante a forte inserção no contexto de um dado tópico ou assunto, sem riscos, como os presentes no manuseio dos equipamentos.
4. Conclusão
O desenvolvimento de ambientes virtuais, para simulações de situações reais pode ser efetuado com uso de linguagens de programação compatíveis com a WEB, sem custos exagerados.
Apontam como principais vantagens da utilização de técnicas de realidade virtual para fins educacionais, nesta específica pesquisa de conjunto de ambientes virtuais aplicados na engenharia, os seguintes itens:
→ Motivação de estudantes e usuários de forma geral, baseada na experiência de visualizar o funcionamento de um aparelho virtualmente.
→ Grande poderio de ilustrar características e processos, em relação a outros meios multimídias.
→ Permite visualização em detalhe dos equipamentos da área da engenharia.
→ Poder permitir a visualização de aparelhos de forma imersiva.
→ Permite experimentos virtuais, principalmente na falta de recursos, para fins educação virtual interativa.
→ Permite ao aprendiz, a partir da teoria dada em livros entender, o funcionamento interno de um aparelho sem ter que desmontá-lo.
→ Pelo fato de requerer interação, exige que cada participante se torne ativo dentro de um processo de visualização.
→ Encoraja a criatividade do usuário, que estará mais motivado por visualizar características internas de uma peça.
→ Provê igual oportunidade de comunicação para estudantes de culturas diferentes, a partir dos modelos virtuais. → Ensina habilidades computacionais e de domínio de periféricos.
Neste artigo, o usuário tem a sua disposição um conjunto de ambientes virtuais. Onde pode interagir com todas as estruturas de uma usina hidrelétrica, observando, detalhadamente os componentes físicos destas.
Outros fatores que justificam e mostram a contribuição do desenvolvimento deste tipo de interface baseiam-se no custo dos equipamentos e na facilidade de concepção de aplicativos. Além disso, o uso destes ambientes virtuais como suporte à educação e montagem de projetos pode ser mais eficiente, conveniente e até mais barato do que custear os equipamentos para a montagem, já que ferramentas gratuitas podem ser usadas nas suas criações e no desenvolvimento, propiciando a aplicação de RV associado à Internet em soluções relacionadas com Educação a Distância (EAD). A tabela 1 mostra os requisitos de hardware do sistema para que o mesmo obtenha grande desempenho ao se executar o software desenvolvido. Requisito Configuração Processador Processador de 90 megahertz (MHz) ou superior
Memória RAM Mínimo de 64 Mb
Sistema operacional Microsoft® Windows® 98/ME/2000/XP ou Windows NT® 4.0 Vídeo 800x600 , 16 bits ou superior HD 1.2 Mb ou superior
Tabela 1 - Requisitos mínimos de hardware
Como aplicações futuras para o trabalho está a implementação de um painel aprimorado, com mais detalhes permitindo maior interação do usuário, modelagem de mais partes da usina já inserindo os dados técnicos em todas as estruturas e uma implementação em realidade aumentada (RA) que é definida usualmente como a sobreposição de objetos virtuais tridimensionais, gerados por computador, com um ambiente real, por meio de algum dispositivo tecnológico (Milgram). Entretanto, esta conceituação é muito geral e só fica clara com sua inserção em um
contexto mais amplo: o da Realidade Mistura.
A Realidade Misturada (Kirner; Tori) (Milgram), misturando o real com o virtual, abrange duas possibilidades: a Realidade Aumentada, cujo ambiente predominante é o mundo real, e a Virtualidade Aumentada, cujo ambiente predominante é o mundo virtual. Pode-se dizer, então, que a Realidade Aumentada é uma particularização da Realidade Misturada. A Figura 25 abaixo apresenta o
diagrama adaptado de realidade/virtualidade contínua, mostrando
as possibilidades gradativas de sobreposição do real com o virtual e vice-versa.
Figura 25 - Diagrama de
realidade/virtualidade contínua (Milgram).
A realidade aumentada utiliza elementos criados em VRML, porém apresenta como diferencial a possibilidade de um novo manuseio, permitindo visualizar a cena
virtual em um ambiente real. Assim, a aplicação futura de todo o sistema para realidade aumentada proporcionaria uma maior mobilidade para o usuário. As Figuras 26 e 27 mostram a aplicação da realidade aumentada. Neste caso mostra o marcador e sobre ele o objeto virtual associado ao próprio marcador, onde o usuário pode manipulá-lo em sua mão possibilitando maior dinamismo (Zorzal).
Figura 26 – Motor de passo colocado sob um marcador.
Figura 27 – Motor de passo agora aberto para verificação de maiores detalhes.
5. Agradecimentos
Os autores agradecem primeiramente à família que tem dado enorme apoio e incentivo às pesquisas. Gratos também com Kennedy Lopes, mestrando da UFU, por trazer grandes contribuições ao trabalho. Este projeto foi financiado pelo CNPq (projeto Nº C013/2006).
6. Referências Bibliográficas
Ainge, D. Grade-six Student’s Recall of detail: V.R. compared with photographs. V.R. in the Schools, vol. 1, no. 4. Mar 1996.
ALSTOM, Transmission & Distribution – http://www.alstom.com/ Acesso em: 15/10/06.
ART OF ILUSION - http://www.artofillusion.org/ Acesso em: 14/12/06.
BANDINI, Alfredo, Generalidades sobre os aproveitamentos hidroelétricos - produção e consumo de energia elétrica / Alfredo BANDINI, São Carlos: Escola de Engenharia de São Carlos, 1963.
BELL, J. e FOGLERL H. S., "The Investigation and Application of Virtual Reality as an Educational Tool", Proceedings of the American Society for Engineering Education Annual Conference, Anaheim, CA, June 1995.
BOTELHO, Fábio Pereira, “Realidade Virtual Aplicada a Aquisição de Informações do Subsolo” Centro de Informática – CIN Universidade Federal de Pernambuco – UFPE, 2002.
www.cin.ufpe.br/~grvm/apresentacoes/200 2_08_08_fpb/VirtualRealityAppl. ppt .Acesso em 10 Junho 2007.
Braga, M. (2001) Realidade Virtual e Educação. Revista de Biologia e
Ciências da Terra, v.1, n.1.
BYRNE, C. Water on Tap: The Use of Virtual Reality as an Educational Tool. Washington, 1996. Tese (Doutorado) - University of Washington.
CARDOSO, Alexandre; LAMOUNIER, Edgard e TORI, Romero, "Sistema de Criação de Experiências de Física em Realidade Virtual para Educação a Distância", II Workshop Brasileiro de Realidade Virtual, WRV´99, pp 174-181, Marília, 1999.
CARDOSO, Alexandre; LAMOUNIER, Edgard; TORI, Romero, "A Virtual Physics Laboratory to Support Interactive Distance Learning", International Conference on Engineering and Computer Education - ICECE´2000 - São Paulo, S.P., anais em CDRom, Agosto de 2000.
CARDOSO, Alexandre; LAMOUNIER, Edgard; ROCHA, Flávio; CABRAL, Gustavo; MOREIRA, Normandes. “Associando realidade virtual e realidade aumentada no funcionamento do motor de
passo”. In: WORKSHOP DE APLICAÇÕES DE REALIDADE VIRTUAL – WARV’05, 2005, Uberlândia - MG.
Central Electricity Generating Board. Mechanical; turbines and auxiliary equipment. Oxford: Pergamon Press, c1971.
COSTA, E. M. Rosa Maria, Ambientes Virtuais na Reabilitação Cognitiva, Tese de Doutorado, Engenharia de Sistemas e Computação - COPPE/UFRJ., 2000.
D'AJUZ, Ary. Equipamentos elétricos; especificação e aplicação em subestações de alta tensão. Rio de Janeiro: FURNAS, c1985.
DEDE, C. e Loftin, B. The design of Artificial Realities to Improve Learning Newtonian Mecahnics. Procedings of the East-West International Conference of Multimedia, Hypermidia and Virtual Reality. p. 34, Moscow, Russia, 1994.
DEITEL, Harvey M. & DEITEL, e Paul J. , “C++ Como Programar” - Bookman – 2001.
ELLIS, R.S., What are Virtual Environments, IEEE Computer Graphics and Applications, pp. 17-22, January 1994.
FREITAS, Marlene Roque de; SILVA, Luciano F; LAMOUNIER, Edgard; CARDOSO, Alexandre; GOULART, Reane F. Proposta de Integração de Jogos e Realidade Virtual no Ensino aprendizagem de Matemática – Projeto Ludostop. In: CONFERÊNCIA INTERNACIONAL EM EDUCAÇÃO EM ENGENHARIA E COMPUTAÇÃO, 2007, Mongagua. 2007.
KIRNER, C. ; TORI, R. Introdução à Realidade Virtual, Realidade Misturada e Hiper-realidade. In: Cláudio Kirner; Romero Tori. (Ed.). Realidade Virtual: Conceitos, Tecnologia e Tendências. 1ed. São Paulo, 2004, v. 1, p. 3-20.
KINER, C. (2006) Sistema Complexo Aprendente: Um Ambiente de
Realidade Aumentada para
Educação. UNIMEP. Disponível em < http://www.unimep.br/phpg/posgraduacao/ stricto/ccomp/Projetos%20de%20Pesquisa/ Sistema_Complexo_Ambiente_Realidade_ Aumentada_Educa.htm>. Acesso em 09/07/2006.
MILGRAM, P. et. al. Augmented Reality: A Class of Displays on the Reality-Virtuality Continuum. Telemanipulator and Telepresence Technologies, SPIE, V.2351, 1994.
MATSUBA, N. Stephen e Roehl, Bernie - Bottom, Thou Art Translated: The Making of VRML Dream, IEEE Computer Graphics and Applications, vol. 19, no. 2, pp. 59-68, March/April 1999.
Meiguins, S. Bianchi e Behrens, H. Frank, "Laboratório Virtual para Experiências de Eletrônica", IIº Workshop Brasileiro de Realidade Virtual - WRV´99, pp 56-67, Marília, Novembro de 1999.
NUNES, C. (2002). Uma Aplicação de Técnicas de Realidade Virtual Não-
Imersiva no Processo Multidisciplinar de Educação. Dissertação (Mestrado).
PARALLEL GRAPHICS - http://www.parallelgraphics.com/ Acesso em: 26/09/06.
PINHO, M. Grupo de Realidade Virtual da Pontíficia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - PUC/RS. Disponível em <http://grv.inf.pucrs.br/>. Acesso em: 10 de nov. 2000.
RAPOSO, Alberto; MAGALHÃES, P. Léo RICARTE, L. M. Ivan., "Interação na WEB", em XVIII JAI - Jornada de Atualização em Informática (JAI'99) XIX Congresso da Sociedade Brasileira de
Computação (SBC'99) Rio de Janeiro - Documento disponível em
http://www.dca.fee.unicamp.br/~alberto/pu bs/JAI99/curso_jai99.html, Julho,1999.
ROBLES, T. et al. Using Multimedia Communication Technologies in Distance Learning. In: ACM PROCEDINGS OF
THE CONFERENCE ON
INTEGRATING TECHNOLOGY
INTOCOMPUTER SCIENCE EDUCATION - ITiCSE´97, USA,
1997, p. 06-07.
SHERMAN R. William e outros, Experiences with Virtual Reality
applications, In SIGGRAPH '97. Proceedings of the 24th annual conference on Computer graphics & interactive techniques, pp. 473-476, 1997.
SILVA, T. A.; OSÓRIO, F. Modelagem de objetos 3D em VRML: Uma implementação multiplataforma orientada ao ensino. In: 3RD WORKSHOP ON VIRTUAL REALITY - WRV 2000, Gramado, RS, Brasil, out. 2000, p. 16-18.
SOUZA, Patrícia C. (2001) Ferramenta de Autoria para a Criação de Ambientes Construtivistas em Realidade Virtual. In: VIII Simpósio Brasileiro de Informática na Educação - SBIE'97, 1997, São José dos Campos, SP. Anais do VIII
Simpósio Brasileiro de Informática na Educação, 1997, pp. 331-349.
ZELEZNIK, R. C.; MARKOSIAN, L.; LAVIOLA, J.J. e FORSBERG, A. S. Seamless Interaction in Virtual Reality. IEEE Computer Graphics and Applications, p. 6-9, Nov./Dec. 1997.
ZORZAL, E. R. – “Realidade Aumentada”
– Disponível em: http://www.realidadeaumentada.com.br
