TÍTULO: DESENVOLVIMENTO DE UM JOGO 3D PARA APOIO AO ENSINO DA LÓGICA DO ALGORITMO DE ORDENAÇÃO: HEAPSORT
TÍTULO:
CATEGORIA: EM ANDAMENTO CATEGORIA:
ÁREA: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA ÁREA:
SUBÁREA: COMPUTAÇÃO E INFORMÁTICA SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: FACULDADE ANHANGUERA DE GUARULHOS INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): AMANDA BOTELHO DE MORAES AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): ALEX CANDIAGO ORIENTADOR(ES):
Desenvolvimento de um Jogo 3D para Apoio ao Ensino da Lógica do Algoritmo de Ordenação: Heapsort
Resumo
Os estudantes de Tecnologia da Informação apresentam, muitas vezes, dificuldades com a compreensão da lógica de algoritmos de ordenação. Dentre eles, Heapsort se destaca pela árvore binária. O projeto propõe então uma aplicação lúdica como método de ensino alternativo para o professor. Tem como objetivo geral o desenvolvimento de um jogo em terceira dimensão para computador pessoal de apoio ao ensino da lógica do algoritmo de ordenação Heapsort. Contribuindo com o ensino da lógica por meio da interação com uma simulada árvore binária. Os materiais utilizados são o Adobe Photoshop CS6 para o tratamento das imagens, Autodesk Maya 2014 na modelagem e Unreal Engine 4, na programação com Blueprint e C++. A metodologia adotada é a ICS própria para jogos. Ela engloba a fase de desenvolvimento do documento de design do jogo, a implementação e a de testes. Como resultados atingidos, pode-se concluir a primeira fapode-se proposta, levantamento de requisitos, a modelagem para o jogo e parte da texturização.
Introdução
É demonstrado em experiência que existe uma grande dificuldade em compreender e aplicar conceitos abstratos de programação, por parte de uma percentagem significativa dos alunos que frequentam disciplinas introdutórias nesta área. (Gomes, A., Henriques, J., & Mendes, A., 2008).
Os algoritmos, base para a programação, são desenvolvidos para determinar a solução para um tipo de problema. Um tipo de algoritmos muito implementado, é o de ordenação, que ordena conforme a necessidade facilitando a busca por dados. O ensino, no entanto, depende do novo processo mental que a lógica infere nos alunos. Ao aluno que está iniciando na área, gera dificuldade em compreensão provocando, muitas vezes, resistência ao que está sendo ensinado. (FALCKEMBACH, 2013)
A dificuldade persiste ainda no Heapsort por usar um conceito de árvore binária para a devida ordenação. Uma forma de motivar os alunos é submetê-los a um
ensino de maneira lúdica, um jogo. Soluções lúdicas são propostas como meio para motivar o aluno, considerando que o aspecto lúdico é um importante fator motivador (JESUS; RAABE 2010).
Neste caso, remete a um ‘Serious game’, que são jogos que envolvem tarefas no alcance de metas baseadas tanto no mundo real ou não, e objetiva melhorar o desempenho e habilidades cognitivas do jogador. (PROTOPSALTIS et al, 2011) Para tanto, surge a motivação do projeto que é dar apoio ao ensino da lógica do algoritmo de ordenação Heapsort, através de um jogo. Com este método de ensino, o professor fica possibilitado a dar ênfase ao que está sendo ensinado. Esta aplicação, no entanto, não vem com o intuito de substituir os estudos padrões, pois segundo Moran (2013), ainda com tecnologias digitais, continua sendo importante a comunicação afetiva e intensa entre pessoas incompletas, mas motivadas para evoluir, para completar-se, para apoiar-se, para superar-se, para libertar-se.
Segundo Falckembach (2011), através das inovações tecnológicas aliadas às ações pedagógicas, com uma estratégia condizente é possível melhorar a qualidade do ensino.
Objetivos
Desenvolver um jogo em terceira dimensão para computador pessoal de apoio ao ensino da lógica do algoritmo de ordenação Heapsort. Contribuir com o ensino da lógica por meio da interação com simulação de árvore binária.
Metodologia
Para o desenvolvimento do projeto, foi adotado a metodologia ICS, que é adaptada para jogos e modelo Cascata. Foi usado como embasamento quanto a funcionalidade, a atividade elaborada em projeto de livro interativo on-line completo para estruturas de dados e algoritmos (DSA) de E. Fouh, D. Breakiron, M. Elshehaly, T.S. Hall, V. Karavirta, and C.A. Shaffer (2013). A Figura 1 apresenta a atividade citada.
Figura 1- Atividade Avaliação Interativa do Heapsort do projeto OpenDSA
Fonte: http://people.cs.vt.edu/~shaffer/ Presentations/opendsa_sigcse13.pdf (2013)
A metodologia ICS foi desenvolvida pelo Alex Candiago e Luiz Teruo Kawamoto Júnior no presente artigo Virtual Multimedia Environment to Teach Safety Procedures in Laboratories. É dividida em três fases principais: Game Design Document (GDD), implementação e testes. A Figura 2 mostra o diagrama da mesma.
Figura 2 - Diagrama da Metodologia ICS
Fonte: CANDIAGO, Alex, JÚNIOR, Luiz Teruo Kawamoto. Virtual Multimedia Environment to Teach Safety Procedures in Laboratories. Advanced Materials Research Vol. 950 (2014) pp 293-297.
Como materiais, foram selecionados basicamente com base em experiências de projetos anteriores os softwares: Autodesk Maya 2014 para modelagem, Unreal Engine 4 na programação com o C++ e Blueprint, e Adobe Photoshop CS6 no
tratamento das texturas. Todos com licenças já adquiridas validando assim o funcionamento do projeto desde o início.
Desenvolvimento
O projeto de início passa pela fase de GDD, que como define Shuytema (2008, p.100), “é o verdadeiro documento de planta baixa, e seu objetivo é ilustrar como se deve jogá-lo e apresentar uma descrição abrangente de todos os aspectos, para que a equipe de desenvolvimento possa, de fato, criar o game”.
Nesta fase, foi de grande importância fazer a coleta de ideias de profissionais da área para enriquecer o projeto. Assim, como a elaboração do roteiro para que o jogo siga uma história logo é o que faz dele único e é grande parte da motivação do player em jogá-lo. (DENARDI, 2014)
O roteiro aborda a história de um estudante que têm dificuldades com o dado conteúdo de algoritmos de ordenação. E, depois que o professor marca a data da prova de Heapsort e destaca a importância de se estudar a lógica do mesmo para que seja efetiva, o estudante resolve estudar a árvore binária através de blocos numéricos que este tinha em seu quarto. O resultado é satisfatório já que este consegue entender melhor o algoritmo.
Quanto a fazer o levantamento de requisitos do jogo, é importante para avaliar as necessidades do mesmo e o que deveria ser feito durante fases de desenvolvimento do mesmo. Além de preparar o planejamento da fase de testes para a futura validação.
Para se ter uma visão de como o jogo será, cabe a elaboração do Concept Art do mesmo. Antes, é preciso fazer o Storyboard para trabalhar a sequência de ações a que se deve a história. Como cenário do jogo, foi definido o quarto do estudante, de foco a mesa de estudos com blocos numéricos, os quais será manipulado pelo jogador a fim de ordená-los.
O processo de modelagem, cabe ao software Autodesk Maya 2014. A escolha deve-se pela experiência com o software e o resultado que este proporciona. “É um componente chave de muitos estúdios, por exemplo, na fabricação de filmes como Avatar (2009, James Cameron), Reino Escondido (Chris Wedge, 2013), e o Meu Malvado Favorito (Chris Renaud e Pierre Coffin, 2010 e 2013). ” (WOOD, 2014)
Foi levantado a lista de itens precisos para a modelagem inicialmente. Neste passo, foi de grande ajuda o Storyboard elaborado.
O projeto está na fase de texturização, é tratado com o software Adobe Photoshop CS6. É o processo de tratamento das imagens que dará a aparência ao objeto modelado.
A etapa que será seguida é a mecanização do jogo. O software Unreal Engine 4 fornece o recurso Blueprint, que é a programação visual e possibilidade de desenvolvimento na linguagem C++, para a elaboração de scripts mais específicos. A escolha do mesmo, dá se ao mesmo motivo pelo Autodesk Maya. Experiência e bom resultado. Reconhecido na indústria de filmes e jogos.
Resultados Preliminares
Como resultados preliminares foi alcançado inicialmente a fase um do projeto, GDD. Nele, pode-se obter através do Brainstorming, por exemplo, um alavanque de ideias por parte de profissionais da área para que pudesse aprimorar e enriquecer o projeto. Além de levantamento de requisitos do jogo, roteiro, elaboração de Concept Art e telas de menu.
Também obteve a modelagem concluída do cenário do jogo através do Autodesk Maya 2014. A Figura 3, mostra esse resultado alcançado.
Figura 3- Modelagem de mesa de estudos
É esperado alcançar, no entanto, parte da fase de implementação, que abrange a texturização que não foi concluída, e a fase de programação através do Unreal Engine 4 com o C++ e Blueprint. Na qual será um pouco mais trabalhada que nas demais, já que vai validar toda interação do jogador com os blocos e usar dois fatores para aumentar a interação do mesmo: pontuação e tempo. E implementar a fase de testes de suma importância para a validação do jogo.
Fontes Consultadas
AUTODESK. The Art Of Maya. 4ª Ed. 2007.Disponível em: < http://web.cse.ohio-state.edu/~parent/classes/682/MAYA/art_of_maya.pdf>. Acesso em: 20 de maio de 2015.
BATTISTELLA, P. E., WANGENHEIM, A., WANGENHEIM, C. G. SORTIA - Um Jogo para Ensino de Algoritmo de Ordenação: Estudo de caso na Disciplina de Estrutura de Dados. In: Anais do Simpósio Brasileiro de Informática na Educação, 2012. Disponível em: <http://www.br-ie.org/pub/index.php/sbie/article/view/1772/153 3>. Acesso em: 22 de março de 2015.
CANDIAGO, A., KAWAMOTO, L. T. Kawamoto. Virtual Multimedia Environment to Teach Safety Procedures in Laboratories. Advanced Materials Research Vol. 950 (2014) pp 293-297.
FALKEMBACH, G. A. M. Aprendizagem De Algoritmos: Dificuldades Na
Resolução De Problemas. Tese de Doutorado. Porto Alegre: PGIE/UFRGS, 2013. GOMES, A., HENRIQUES, J., MENDES, A. J. Uma proposta para ajudar alunos com dificuldades na aprendizagem inicial de programação de computadores. In Educação, Formação & Tecnologias; vol.1(1), pp. 93-103, 2008. Disponível em: <http://eft.educom.pt/index.php/eft/article/view/23/16>. Acesso em: 18 de março de 2015.
JESUS, E. A., RABEE, A. L. A. (2010) Avaliação Empírica da Utilização de um Jogo para Auxiliar a Aprendizagem de Programação, In: Anais do XXI Simpósio Brasileiro de Informática na Educação, João Pessoa.
MORAN, José. Autonomia e colaboração em um mundo digital. In Revista Educatrix, n.7, 2014. Editora Moderna, p. 52-37, 2013. Disponível em:
<http://www2.eca.usp.br/moran/wp-content/uploads/2013/12/autonomia.pdf>. Acesso em: 19 de março de 2015.
PROTOPSALTIS, A., PANNESE, L., PAPPA, D., HETZNER S. Serious Games and Formal and Informal Learning. eLearning Papers, n.25, 2011. Disponível em: <http://www.openeducationeuropa.eu/en/article/Serious-Games-and-Formal-and-Informal-Learning >. Acesso em: 20 de março de 2015.
SCHUYTEMA, P., Design de Games: Uma Abordagem Prática, São Paulo, Cengage Learning, 2008.
WOOD, Aylish. Behind the Scenes: A Study of Autodesk Maya. An Introduction to 3D Computer Graphics. 317-332. 2014
