Autores
Pereira, G.H.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ) ; Lohmann, M. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA) ; Centeno, J.A.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ)
Resumo
Este trabalho teve como objetivo gerar um modelo 3D do relevo do estado do Paraná em ambiente de Realidade Aumentada (RA) para ser utilizado no ensino e análise do relevo e seus desdobramentos. A base de altimetria utilizada teve como fonte os dados SRTM, assim como dados de hidrografia do Estado. O protótipo de RA foi desenvolvido para sistema Android para uso em Tablets e Smartphones. Obteve-se sucesso no desenvolvimento do protótipo sendo que o mesmo possui aplicabilidade tanto no ensino básico quanto acadêmico, pois facilita à visualização do modelado do relevo e de processos ligados a geomorfologia, bem como a manipulação do modelo de forma autônoma por parte dos alunos, sendo uma poderosa ferramenta de ensino para o professor.
Palavras chaves
Realidade Aumentada; Dados 3D; Interação
Introdução
A tecnologia tem trazido a capacidade de apresentar informações em qualquer lugar e a qualquer hora. A Realidade Aumentada (RA) é uma das tecnologias que têm se desenvolvido em função de uma tendência tecnológica, com o intuito de facilitar o cotidiano da sociedade moderna. Os sistemas de Realidade Aumentada misturam a percepção sensorial do ambiente real e objetos virtuais. Dessa forma, torna-se possível interagir e imergir de forma natural no ambiente real e também com os objetos virtuais (AZUMA, 1997; BOBRICH e OTTO, 2002). Assim, a "fusão de mundos" torna-se uma das características principais de interfaces de RA, acrescentando informação virtual no mundo real (NILSSON e JOHANSSON, 2008). A co-existência de objetos virtuais e do ambiente real formam uma Realidade Mista (RM), no qual os usuários interagem com o ambiente e informações virtuais tendo como base sistemas apropriados e em tempo real. Para melhor situar o espaço entre o ambiente real e virtual, Milgram et al. (1994) definiram um continuum de ambientes (real para virtual), em que a RA é uma parte da Realidade Misturada (RM). A Figura 1 traz uma representação deste continuum. Fig. 1 – Continuum entre Realidade – Virtualidade. Fonte: Milgram et al. (1994). No geral, as possibilidades de aumentar o mundo físico com informações digitais têm o potencial de revolucionar a forma como estas informações são acessadas e apresentadas, onde, segundo Olsson et al., 2012: "o mundo se torna a interface do usuário". Azuma (1997) e You e Neumann (2001) ressaltam que sistemas de RA aumentam a percepção e interação de um usuário com o mundo real e com informações que não são naturalmente parte da cena. E, assim, oferecem uma maneira intuitiva e natural para as pessoas navegarem e trabalharem mais efetivamente no mundo real. Com isso, a proliferação de tecnologias de Realidade Aumentada cria oportunidades para o desenvolvimento de novos cenários de aprendizagem (IORDACHE e PRIBEANU, 2009). Esta aprendizagem, aqui se estende para qualquer forma de absorção de conhecimento, seja em ambiente escolar, educação técnica ou científica, ou mesmo na compreensão do espaço geográfico. Arvanitis et al. (2009) relatam que os esforços atuais de aprendizagem assistida por tecnologias, como empregados em vários campos da ciência, aprimoram a realidade com informações adicionais e, assim, melhoraram a perspectiva de entendimento de conceitos pelos usuários. Ou seja, com a capacidade de infundir informação digital em todo o mundo real, a tecnologia RA poderia ajudar ainda mais a educação científica (CHENG e TSAI, 2013). Di Serio, Ibáñez e Kloos (2013) ainda relatam fatores relevantes da tecnologia RA para aprendizagem, como aumento da concentração e memorização. Os autores observaram que os alunos foram capazes de descrever e analisar o conteúdo apresentados com um maior nível de detalhe. Os autores creditam esta melhora aos recursos imersivos de RA, que ajudaram a manter níveis mais elevados de atenção e interesse sobre o conteúdo de aprendizagem. Desta forma, é possível estender a utilização de técnicas de Realidade Mista, mais especificamente de Realidade Aumentada, para áreas como a Geomorfologia, uma área também voltada à educação e aprendizagem. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi a geração de um modelo em 3 dimensões do Estado do Paraná, assim como a camada de informação da hidrografia, para ambiente de Realidade Aumentada, para dispositivos móveis como tablets e smartphones, com respostas em tempo real e permitindo interações com o usuário. Com isso, a ideia foi gerar um material atrativo e dinâmico para os trabalhos em sala de aula, principalmente no que diz respeito a análise do relevo e seus desdobramentos.
Material e métodos
O sistema de Realidade Aumentada foi desenvolvido com o intuito de adicionar informação digital sobre o mapa impresso do Estado do Paraná – Brasil. O Mapa impresso utilizado nos experimentos é apresentado na Figura 2. Este mapa foi confeccionado pelos autores trazendo informações da Altimetria do Estado do Paraná, utilizando como base dados SRTM. As camadas de informação a serem dispostas pelo sistema de Realidade Aumentada são relativas à Hidrografia, assim como o relevo, com base nos dados SRTM, mas desta vez em 3D. Estas duas camadas de informação, em ambiente virtual, são apresentadas na Figura 3. Este protótipo do sistema de RA foi desenvolvido para sistema Android, para uso em Tablets e Smartphone. Segundo Ternier et al. (2012), o uso de dispositivos móveis - como Tablets e Smartphones - tem muitas vantagens para RA, como a possibilidade de ser executado em dispositivos pessoais e a implementação de uma estratégia de "Traga Seu Próprio Dispositivo" (BYOD – Bring Your Own Device). Com isso, a utilização de um sistema operacional generalizado – como o sistema Android – pode tornar a solução muito mais barata em comparação com soluções que precisam hardware especial. Ainda, devido aos avanços na capacidade de memória e processador, estes dispositivos móveis têm se apresentado tão robustos quanto computadores desktop. Desta forma, implementou-se o sistema de RA com a possibilidade de explorar diversos formatos de camadas de informação, como em formatos vetoriais (linhas e polígonos), imagens, animações e elementos em 3D, como o relevo. Fig. 2 – Mapa impresso a ser utilizado para registro do sistema de Realidade Aumentada. Fig. 3 – Dados utilizados pelo Protótipo de Realidade Aumentada, em ambiente virtual. (a) Hidrografia do Estado do Paraná, (b) Relevo do Estado do Paraná.
Resultado e discussão
Como resultado, a Figura 4 apresenta o protótipo desenvolvido, o mapa
impresso utilizado, assim como as camadas de informação virtuais utilizadas.
Na Figura 4a, o sistema é apresentado ainda sem nenhuma camada de informação
sobreposta ao mapa. A Figura 4b apresenta a camada da hidrografia sobre o
mapa. E, por fim, a Figura 4c e 4d apresentam o modelo digital do terreno do
Paraná em 3 dimensões.
Fig. 4 – Sistema implementado sem marcadores fiduciais e para dispositivos.
(a) Apenas o mapa do Estado do Paraná sendo filmado pelo sistema; (b)
apresentação da camada com hidrografia principal do Estado do Paraná; (c)
apresentação do relevo em 3D; (d) apresentação do relevo em 3D sob outro
ponto de vista.
Por mais que as Figuras 4c e 4d representem a mesma camada de informação - o
relevo do Estado do Paraná em 3D - estas são apresentadas como forma de
ilustrar que tanto o mapa impresso, como o tablete podem ser movimentados, e
que a informação virtual continua sobreposta ao mapa impresso, respondendo
em tempo real às movimentações executadas.
O mapa do estado do Paraná em 3D é apresentado com uma legenda previamente
definida em que as cores quentes estão associadas às porções do relevo de
maior altitude e as cores frias as porções de menor altitude. O modelo em 3D
é apresentado no tablet ou celular como se fosse um elemento “holográfico”,
na mão do usuário que o manipula. O modelo pode ser rotacionado e observado
de todos os ângulos, como se fosse uma peça física pré-moldada contendo
todos os dados do terreno.
Utilizando essa mesma técnica, pode-se gerar um sistema de Realidade
Aumentada de qualquer parte do planeta, sobre qualquer mapa, em diversas
escalas e com riqueza de detalhes, podendo este ser utilizado para diversos
fins. Especificamente para o entendimento do relevo, torna-se ferramenta
interessante já que é possível, por exemplo, ilustrar onde se encontram os
grandes divisores de água, a variação altimétrica entre determinadas
regiões, a diferenciação entre planícies, planaltos e serras, as formas
predominantes de vertentes, a diferenciação do modelado do relevo em uma
determinada região além de outras aplicações relacionadas a geomorfologia,
facilitando o aprendizado, e sobretudo tornando-o mais interessante e
estimulante.
Este produto não se limita apenas ao uso do SRTM como base para elaboração
do modelo. É possível utilizar outras fontes de dados com escalas que
fornecem maior detalhamento como, por exemplo, dados laser ou de radar.
Esses modelos possuem também a possibilidade de ter sobre sua superfície,
outras camadas de informações associadas ao modelo 3D do relevo como, por
exemplo, a camada de hidrografia principal (Figura 5 b). Outras camadas
também podem ser associadas e sobrepostas, como dados de áreas de risco à
inundação, risco a movimentos de massa, imagens de satélite, entre outros.
A sobreposição de outras camadas permite ao aluno interatividade em tempo
real bem como a elaboração de análises e correlações do uso e ocupação da
terra com as formas de relevo por exemplo. É possível inserir ainda outras
camadas de informação, dando ao aluno e ao professor uma outra forma de
interação, sem a necessidade de aparatos de interface tradicionais como o
mouse e teclado, permitindo assim uma maior liberdade no manuseio, que se
faz de forma mais intuitiva.
Dessa forma, o aluno pode movimentar o modelo da forma que achar melhor,
permitindo ao professor e ao próprio aluno, inferir e/ou explicar temas
relacionados como, por exemplo, os padrões de drenagem, que possuem uma
relação direta com o modelado do relevo. Dessa forma, essa aplicação torna-
se ainda mais interessante do ponto de vista didático e acadêmico,
facilitando incontáveis tipos de visualização e para os mais variados fins.
Atualmente, com o advento dos Smartphones e Tablets, torna-se simples e
prático utilizar esta tecnologia, já que o sistema pode ser instalado nos
aparelhos pessoais e cada aluno visualizar de forma autônoma a área que mais
lhe interessa. Portanto, este sistema de Realidade Aumentada torna-se
ferramenta poderosa de análise, proporcionando ao aluno e ao professor
infinitas possibilidades de utilização. Dessa forma, a Realidade Aumentada
possibilita ao aluno e ao professor uma manipulação mais intuitiva do dado
geográfico, não sendo necessária, por parte do professor, a elaboração de
diversos modelos em 3D para que se possa compreender uma determinada área de
estudo.
Além das possibilidades já citadas, é possível ainda, aliar recursos de
animação ao modelo 3D, ilustrando a dinâmica de um determinado processo
geomorfológico por exemplo, como movimento de massa ou até mesmo a dinâmica
de áreas inundáveis.
Nesse sentido, essa ferramenta se faz interessante para o ensino da
Geomorfologia, pois dá ao aluno um contato menos impessoal com as feições
físicas do terreno, podendo ser trabalhado de diversas maneiras pelo
professor para a exploração dos temas diretamente relacionados ao relevo,
até mesmo contendo animações conceituais de temas como efeito das chuvas,
movimentos de massa, processos erosivos etc.
Concomitantemente, este sistema de RA se mostra extremamente aplicável ainda
ao ensino à distância, que tem sido um meio cada vez mais difundido de
formação.
Ainda, sistemas como este não se limitam apenas ao meio acadêmico, pois sua
praticidade é tal que se pode fazer análise da topografia dos terrenos, com
vistas a construção civil, estudos de terrenos que podem complementar
análises para atividades petrolíferas, etc.
Continuum entre Realidade – Virtualidade. Fonte: Milgram et al. (1994).
Mapa impresso a ser utilizado para registro do sistema de Realidade Aumentada.
Dados utilizados pelo Protótipo de Realidade Aumentada, em ambiente virtual. (a) Hidrografia do Estado do Paraná, (b) Relevo do Estado do Paraná.
Sistema implementado sem marcadores fiduciais e para dispositivos. (a) Apenas o mapa do Estado do Paraná sendo filmado pelo sistema; (b) apresentação
Considerações Finais
Como considerações finais é importante mostrar a interdisciplinaridade da técnica, já que a mesma pode conjugar produtos de Sensoriamento Remoto, modelos 3D, animações, ou demais informações digitais aos métodos tradicionais, como um mapa impresso, sobre qualquer fenômeno, área de interesse ou linha de pesquisa. Sistemas como este apresentado trazem o potencial de visualização e imersão do aluno a uma nova realidade, que é a da Realidade Aumentada. Dessa forma permite-se ao usuário ultrapassar a barreira do computador convencional, sendo possível combinar o mundo real com o virtual, o que facilita as abstrações necessárias à compreensão da geomorfologia, por exemplo. Este trabalho procurou mostrar apenas uma possibilidade de utilização da Realidade Aumentada para visualização e estudo do relevo. No entanto, diversas outras aplicações podem ser produzidas com esta técnica, ultrapassando a barreira do ensino tradicional e passando-se para um outro patamar, em que o aluno pode também manipular ou mesmo elaborar o seu próprio modelo. Torna-se interessante ainda, pois a geração atual de alunos incorpora e absorve muito rapidamente novas tecnologias à sua vida. É importante saber aproveitar esse conhecimento já que o mesmo tem potencial de modificar os modos de pensar, de ensinar e de aprender, e até mesmo de ver o mundo. Acredita-se que com base nisso, a RA é um ferramenta inovadora para o ensino de geomorfologia,já que possui esse elo de ligação com a área de tecnologia.
Agradecimentos
Referências
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