5. Aplicações de Realidade Virtual

Até este momento, apresentamos os conceitos de Realidade Virtual e os dispositivos usados, mas o que se pode fazer com isto tudo?

Buscando dar algumas respostas à esta pergunta, apresentamos a seguir um conjunto de aplicações em Realidade Virtual ou, conforme diz Aukstakalmis[6], "O Mundo Real da Realidade Virtual".

Muitas das aplicações já estão de fato sendo usadas, outras estão em fase de projeto ou de teste. Como todas as novas tecnologias é tentador pensar que os novos conceitos envolvidos são a solução para todos os problemas. Se acreditarmos nisto, corremos o risco de que soluções menos sofisticadas, mas com uma relação custo/benefício mais favorável, sejam esquecidas (passem desapercebidos) na ânsia de tormarmos a dianteira muito rapidamente.

Outro fator muito importante no uso de uma nova tecnologia como a Realidade Virtual é a análise dos fatores humanos envolvidos no processo de insersão de usuário em um ambiente virtual. No caso da Realidade Virtual, a tecnologia disponível, permite a construção dos ambientes virtuais mesmo antes de se entender como estes afetam o homem.

Apesar disto, as evidências apontam na direção de que os sistemas de ambientes virtuais podem revolucionar a forma como nós interagimos com sistemas complexos em computador. As aplicações são muitas e é difícil predizer onde os ganhos e os benefícios da Realidade Virtual serão mais significativos.

O certo é que não haverá um único padrão nas interfaces de Realidade Virtual. A tecnologia e as limitações de custos farão com que o tipo de aplicação defina o nível de sofisticação da tecnologia a ser aplicada.

Com certeza, neste cenário, muitas aplicações, na busca de soluções para problemas específicos, acabarão por gerar novos usos e soluções para problemas de outras áreas.

Por uma questão de organização, os exemplos constantes neste livro foram divididos em categorias ou áreas de aplicação. Em muitos casos, porém, uma mesma aplicação poderia constar em mais de uma das áreas.

5.1 Medicina

5.1.1 Simulação Cirúrgica

Os sistemas de simulação criam ambientes que buscam recriar experiências da vida real. Por um certo ângulo os simuladores são formas básicas de Realidade Virtual. Já é tradicional o uso de simuladores para treinamento de pilotos e de tripulações de barcos. Na área médica, entretanto, o uso desta tecnologia está apenas iniciando, muito provavelmente em função da complexidade da anatomia humana e dos requisitos computacionais para simulá-la[49, 88].

Atualmente, uma nova abordagem de simulação médica vem sendo tentada. Apesar da habilidade na criação de modelos computacionais de estruturas do corpo já ser algo dominado há anos na Ciência da Computação, os pesquisadores de Realidade Virtual estão iniciando agora o desenvolvimento de aplicações médicas inovadoras.

Uma destas, que pretende ser tanto uma ferramenta de ensino, quanto de treinamento para procedimentos cirúrgicos, está sendo desenvolvido pelo Silas B. Hayes Army Community Hospital em Fort Old (CA)[21]. Partindo apenas de modelos da região abdominal, o sistema permite, apesar das imagens não terem alto grau de foto-realismo, uma interatividade excelente na manipulação dos órgãos virtuais. Pode-se, por exemplo, pegar e manipular instrumentos como bisturis e grampos virtuais e aplicá-los sobre o modelo. É possível também analisar em detalhe as relações anatômicas entre cada um dos órgãos e navegar ao redor ou dentro dos mesmos. O "cadáver virtual" é sem dúvida uma ferramenta de muita utilidade no aprendizado sobre o corpo e sobre seu funcionamento. A falta de realismo nas imagens e na interação são só questão de tempo para a evolução da tecnologia envolvida.

Outra área de aplicação da Realidade Virtual em cirurgias é nas chamadas CMI (Cirurgias Minimamente Invasivas) ou cirurgias laparoscópicas. Estes procedimentos que nos EUA já chegaram ao patamar de 5 milhões de cirurgias por ano, são realizadas fazendo-se um pequeno corte na pele do paciente e, através deste inserindo-se uma câmera de vídeo e instrumentos de corte e de manipulação.

Durante uma cirurgia laparoscópica o médico é obrigado a olhar para um monitor não podendo olhar para suas mãos. Esta difícil operação exige um alto grau de destreza e uma capacidade de coordenação olho-mão não trivial. Estas habilidades, por sua vez, só são obtidas com muito treinamento. O grande mercado das CMI, unido com a necessidade óbvia de treinamento intensivo, resultam em uma grande chance para a aplicação de Realidade Virtual.

O primeiro sistema comercial produzido com este objetivo foi o "MIS Training and Rehearsal System". Neste sistema o usuário veste uma HMD de alta resolução que é ligado a uma estação gráfica de alta performance (100.000 polígonos/seg). Um software de simulação cria, então, um paciente virtual e exibe no HMD as imagens da câmera laparoscópica sem que o médico precise "tirar o olho do paciente". Na figura 5.1, apresentamos um esquema simplificado deste sistema.

Figura 5.1 - Sistema de Realidade Virtual para Laparoscopia

Outro experimento na área de cirurgias endoscópicas está sendo desenvolvido no EPFL - Institute of Microengeneering at the Swiss Federal Institute of Technology at Lausaunne. A idéia do projeto é aplicar Realidade Virtual de duas formas:

5.1.2 Uso da Realidade Aumentada em Medicina

Quando um médico faz uma ultrassonografia, ele interpreta as imagens 2D exibidas e, baseado em sua experiência consegue diagnosticar problemas. Os sistemas de ultrassom, apresentam imagens em uma tela, assim, para poder examiná-las o médico precisa tirar os olhos do paciente e olhar para a tela. Isto muitas vezes causa dificuldades para que o médico "integre mentalmente" a imagem da tela com o corpo do paciente. Pensando neste problema, pesquisadores da Universidade da Carolina do Norte, buscaram uma forma de exibir o resultado do exame no corpo do próprio paciente[10,11]. A idéia é colocar no médico um óculos com lentes de cristal líquido e através destas lentes o médico vê o resultado do exame como se estivesse sobreposto ao corpo do paciente(figura 5.2). O sistema transforma em tempo-real a imagem captada pelo scanner de ultrassom, converte esta imagem para a posição do médico e a exibe nas lentes dos óculos. A qualidade e a precisão do exame feito com um sistema deste tipo é muito maior que o sistema tradicional. Isto ocorre principalmente por que o médico pode "olhar dentro" do corpo do paciente de uma forma muito mais natural e intuitiva, simplesmente mexendo a cabeça.

Figura 5.2 - Sistema de Ultrassonografia Usando Realidade Virtual

5.1.3 Planejamento de Radioterapia

Na luta contínua do tratamento do câncer, um dos métodos mais usados para destruir tumores é a radioterapia. O conceito básico do tratamento de radioterapia é posicionar vários feixes de radiação de forma que eles atravessem o tecido saudável sem causar nenhum dano mas destruam o tecido canceroso na exata região onde estes feixes se interceptam.

Não é preciso ser um especialista em medicina para entender que este é um procedimento complicado e que o radiologista deve possuir um entendimento bastante apurado em anatomia humana. Como não é possível olhar através do corpo para realizar o planejamento, os radiologistas usam uma série de chapas de raio X e precisam "reconstruir" mentalmente a estrutura anatômica tridimensional do paciente, a partir de imagens 2D.

Normalmente o resultado deste procedimento é a aplicação de um tratamento "não-ótimo" sobre o paciente, tendo-se como conseqüência menos ganhos do que se poderia esperar e mais efeitos colaterais do que se desejaria.

Algumas pesquisas recentes já permitem que se crie um modelo computacional do corpo do paciente e se sobreponha a estes modelos a representação gráfica da radiação. Nestes sistemas o médico senta em frente a um monitor e manipula a posição do paciente e a direção/intensidade dos raios.

Entretanto, mesmo sendo possível a criação de modelos anatômicos computacionais bastante realistas ainda é um problema a tarefa de posicionamento dos feixes de radiação. A Universidade de Carolina do Norte está desenvolvendo um método alternativo para o planejamento das sessões de radioterapia. Ao invés de sentar-se em frente a um monitor, o médico usa um HMD e realmente caminha ao redor do modelo gráfico do paciente, analisando as áreas de interesse, a partir do ângulo que mais lhe convém.

Usando o sistema o médico pode posicionar-se em qualquer lugar, inclusive na posição de onde os raios partem, e assim "ver" de fato por onde eles irão passar. A manipulação dos feixes, realizado com um dispositivo preso à mão do médico (semelhante a um joystick) torna-se mais fácil e intuitiva devido à imersão no ambiente virtual.

5.1.4 O Projeto Visible Human e o Ensino de Anatomia

O ensino da anatomia é basicamente ilustrativo. Além dos cadáveres, em muitos casos mais do que eles, a ferramenta mais usada pelos estudantes são os livros de folhas transparentes onde cada uma delas contém a imagem de uma parte do corpo humano, os chamados atlas de anatomia.

De uma maneira bastante direta um modelo virtual de um corpo humano pode substituir estes livros.

Pensando nisto o National Institutes of Health iniciou o projeto Visible Human para desenvolver um modelo completo e detalhado de um ser humano adulto[1]. Uma vez coletados todos os dados, será possível, operando um sistema de visualização(figura 5.3), analisar o "cadáver virtual" e a partir disto estudar a estrutura de cada órgão e o que é mais importante, a relação entre eles.

As vantagens deste modelo sobre um atlas são inúmeras, as mais importantes são:

O próximo passo do projeto Visible Human será a criação de um modelo dinâmico. Com este modelo poder-se-á ilustrar como funcionam os vários órgãos, tanto em estado normal, quanto em casos de doenças.

Uma animação que apresenta uma viagem pelo interior do Visible Human pode ser obtida em http://www.nlm.nih.gov/research/visible/mpeg/umd_video.mpg.

Um modelo em VRML pode ser obtido em http://www.npac.syr.edu/projects/3Dvisiblehuman/3dvisiblehuman.html.

Figura 5.3 - Esquema de Funcionamento de Um Sistema de Anatomia Virtual

5.2 Educação

5.2.1 Avaliação do Uso de Realidade Virtual na Educação

Educação é basicamente um processo de exploração, de descoberta, de observação e de construção de uma visão do conhecimento a partir destas ações.

O uso de Realidade Virtual aplicada à educação ainda está no início de sua caminhada. Parece existir um consenso de que a Realidade Virtual pode ajudar no processo de ensino. Entretanto, atualmente as pesquisas estão indo na direção de avaliar como isto pode ser feito e ainda de como avaliar se a Realidade Virtual de fato é útil para o processo, quais seus custos, suas implicações e possíveis desvantagens.

O primeiro estudo neste sentido foi realizado em 1991/92 no Human Interface Technology Lab da Universidade de Washington [54] e o segundo em 1993 na West Denton High School em New Castle, Inglaterra [21]. Os dois projetos, que envolviam jovens em sua maioria rapazes de 13 a 15 anos, tinham como tema a construção e a navegação em mundos virtuais. Para avaliar a satisfação e o interesse dos alunos, diariamente eram distribuídos questionários de avaliação. As respostas mostraram o grande interesse pela nova tecnologia. Dos participantes, 2/3 preferiam explorar mundos virtuais a assistir vídeos, e a maioria preferiu construir novos mundos, a navegar por mundos já prontos. Estes projetos entretanto, puderam avaliar o uso de Realidade Virtual para ensinar Realidade Virtual, e não como ensinar usando Realidade Virtual.

Seguindo na linha da avaliação do uso de Realidade Virtual na educação, podemos ainda citar dois trabalhos, o primeiro, também desenvolvido no Human Interface Technology Lab está criando o Chemistry World é um ambiente virtual no qual os participantes formam átomos e moléculas a partir de blocos básicos de elétrons, prótons e nêutrons. Os participantes podem controlar, ainda, a velocidade das partículas no mundo virtual e observar seus comportamentos.

Outros trabalhos muito interessantes sobre o tema podem ser obtidos em:

5.2.2 Ferramenta de Motivação

Desde pequenos nós repetimos e sonhamos com perguntas como: "E se eu pudesse explorar a lua? E se eu pudesse ver os átomos? E se eu pudesse encolher e caminhar por dentro de um chip de um computador?" A resposta, em geral, vinha rapidamente: "Você não pode!". Mas, o tempo passa e a Realidade Virtual está tornando isso possível.

O que era ontem um sonho, hoje, com um "pouco" de tecnologia está se tornando realidade, Realidade Virtual. A potencialidade da Realidade Virtual está exatamente no fato de permitir que exploremos alguns ambientes, processos ou objetos, não através de livros, fotos, filmes ou aulas, mas através da análise e manipulação modelo virtual do objeto do estudo.

A Realidade Virtual nos permite 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 muito caro ou muito distante. A Realidade Virtual permite que movamos coisas que são muito pesadas, muito leves ou muito caras e perigosas para mover.

Uma das primeiras escolas a explorar o uso de Realidade Virtual para auxiliar no processo de ensino foi a Shepherd School, em Nottingham, Inglaterra [21]. Esta escola é a maior da Inglaterra que trata com crianças que possuem grandes dificuldades de aprendizagem. Na 1ª fase do projeto os professores aprenderam sobre nova tecnologia com pesquisadores da Universidade de Nottinghan. Posteriormente estes professores desenvolveram várias simulações baseadas em símbolos e sistemas de sinais. Os símbolos (desenhos em papel) e o sistema de sinais eram usados pela escola para auxiliar os estudantes no aprendizado das bases do vocabulário pela associação de símbolos e sinais das mãos a objetos reais. Depois da "virtualização" dos símbolos os estudantes passam a poder interagir com uma simulação 3D ao invés de desenhos 2D destes símbolos. Isto trouxe uma maior retenção do conhecimento por parte dos alunos.

5.2.3 Laboratórios Virtuais de Física

A física é, sem dúvida alguma, uma das áreas que mais se presta ao aprendizado por experimentação e observação de fenômenos.

O Virtual Environment Technology Laboratory, formado por um consórcio da NASA, da Universidade de Houston e da Universidade George Mason , está desenvolvendo o SpaceScience, uma espécie de "Laboratório Virtual de Física", no qual a idéia é testar se a Realidade Virtual realmente pode ser usada no ensino de física. Segundo Loftin, coordenador do projeto, "…não basta acreditarmos que Realidade Virtual pode ser útil, é preciso provar, e isto só será possível após inúmeros testes e uma rigorosa comparação entre os benefícios da Realidade Virtual em relação a outros métodos tradicionais...". A avaliação do projeto está sendo realizada pelo Departamento de Psicologia da Universidade George Mason. Atualmente, o ScienceSpace tem três projetos em andamento: o NewtonWorld, para a área de mecânica newtoniana, o PaulingWorld para o estudo da formação de moléculas e o MaxwellWorld para a experimentação com conceitos de fluxos e cargas elétricas. Nestes projetos estão sendo criados ou usados ambientes virtuais nos quais os estudantes, usando um HMD e imersos na experiência, podem interagir com os objetos, mudar suas propriedades e observar suas reações.

Dos experimentos disponíveis hoje, destacam-se os testes com a alteração de parâmetros como a gravidade (sua magnitude e sua direção) em simuladores de queda livre de objetos, os testes com as propriedades de colisão (elástica e inelástica) entre 2 corpos, e o efeito de diversas forças sobre o movimento de um pêndulo. O usuário, vestido com um HMD e uma luva, pode, imerso na experiência, interagir com os objetos pegando-os e arrastando-os pelo espaço. O controle das propriedades das experiências é efeito através da interação com um painel virtual que pode ser "tocado" com a mão virtual bem como, movido para qualquer parte. Este painel possui além destes controles, um conjunto de ferramentas de medição para a análise da experiência e ainda controles para dirigir (parar, reiniciar) o andamento da experiência. Para facilitar as experimentações e a observação de seus resultados, o estudante pode navegar pelo laboratório virtual(através de um protocolo de gestos) e assim posicionar-se no local que achar mais adequado.

5.2.3 Arqueologia

Em arqueologia, sempre que uma região está sobre estudo, os pesquisadores usam algum tipo de programa de CAD para registrar todos os aspectos de escavação, desde as dimensões das estruturas até a localização dos artefatos encontrados dentro delas.

O "Centro de Estudos de Arquitetura em Bryn Mawr" está criando arquivos dos principais monumentos arqueológicos ao redor do mundo usando programas de CAD. A partir destes modelos, com sistemas de Realidade Virtual será possível dar a estudantes a oportunidade de navegar por estas ruínas reconstituídas. Com certeza chegaremos ao dia em que será possível a uma turma de alunos, realizar uma viagem, por exemplo, por dentro das pirâmides do Egito ou pelas ruas da cidade de Pompéia.

Outro projeto na área de arqueologia foi desenvolvido em 1996 pelo National Center for SuperComputing Applications, na Universidade de Illinois. Trata-se do Cyber Mummy Virtual Reality Project.

5.3 Entretenimento

5.3.1 Tênis Virtual

Um dos primeiros jogos de Realidade Virtual a surgir no mercado, o Tênis Virtual da empresa Autodesk, é quase tão básico e simples no seu aspecto visual, quanto eram os primeiros video-games em relação aos atuais. Por outro lado, a qualidade da imersão é bastante boa.

Neste jogo o usuário veste um HMD com fones de ouvido e uma Data Glove e segura uma raquete (real). Este usuário é então imerso em uma quadra virtual e o jogo inicia com o lançamento de uma bola a partir das costas do usuário. A bola é então rebatida (pelo adversário virtual) e o usuário deve responder tentando rebater a bola de volta. A qualidade da imagem gerada ainda é baixa, entretanto, a reprodução dos sons e do movimento da bolinha virtual e a possibilidade de interação gerada pelo HMD e pela luva, dão uma sensação de imersão bastante intensa, de tal forma que, em geral, quando a bolinha vem na direção do corpo do jogador a reação natural deste é tentar sair da frente da bola para não ser atingido.

5.3.2 Legend Quest

Desenvolvido pela companhia Virtuality Systems[107], o Legend Quest é uma espécie de batalha virtual onde 4 jogadores se unem para vencer um inimigo comum e achar um tesouro. No Legend Quest cada participante escolhe um personagem que irá viver. As possibilidades de escolha vão de um anão a um guerreiro, de um mágico a um ladrão. Juntos os participantes tem que explorar cavernas e passagens secretas para escapar de uma masmorra.

Cada personagem, com suas características e habilidades próprias, pode ajudar os outros em determinadas situações, fazendo com que a cada momento um dependa do outro para continuar no jogo. Os adversários, monstros que vivem na masmorra, são modelados usando técnicos da aprendizagem baseadas em Inteligência Artificial o que torna seu comportamento diferente a cada instante e o jogo mais difícil de vencer. A vitória só pode ser atingida se os jogadores souberem combinar adequadamente as características de cada personagem, reforçando ainda mais a idéia de equipe.

Por esta razão este jogo tem sido usado por empresas na avaliação das potencialidades de seus grupos de funcionários. Para o jogo cada participante recebe um HMD e um joystick 3D. Dependendo do personagem este joystick será uma arma, uma vareta mágica, uma espada ou um pote com poções mágicas. Cada jogador é colocado em uma plataforma com uma base circular dentro da qual pode girar seu corpo para olhar em qualquer direção. A movimentação é controlada por um botão do joystick.

5.3.3 Passeio Ciclístico Virtual

Também desenvolvido pela empresa Autodesk esta aplicação busca simular um passeio de bicicleta em uma bicicleta ergométrica. Apesar de ser uma excelente atividade aeróbica, o uso de bicicletas ergométricas torna-se um exercício bastante chato de ser realizado repetidamente. Pensando nisto, foi criado uma espécie de passeio virtual. A idéia é colocar no atleta um HMD, acomodá-lo em uma bicicleta ergométrica, e à medida que este vai pedalando vão sendo mostradas nas telas do HMD, imagens simulando uma estrada virtual que vai sendo percorrida. A velocidade com que estas imagens passam pela tela é controlada pela freqüência das pedaladas. A mudança na posição do guidão da bicicleta também altera as imagens apresentadas. Autodesk batizou o sistema de High Cycle. A partir desta idéia, pesquisadores da Universidade da Carolina do Norte expandiram o conceito da High Cycle agregando marchas à bicicleta, adaptando um sistema de "force feedback" nos pedais e colocando sob as rodas uma espécie de rampa capaz de enclinar e balançar a bicicleta. Com todo este aparato(figura 5.4) a High Cycle permite simular, além das imagens, o tipo e a inclinação da pista ao longo do passeio virtual. Seguindo nesta linha de desenvolvimento, quem sabe em pouco tempo não teremos locadoras de imagens virtuais com títulos como: "Passeando em Nova York", "Pedalando em Boa Viagem" , "Subindo pelos Morros de Canela e Gramado" ou "Correndo na Praia de Copacabana".

Figura 5.4 - Arquitetura de um Sistema de Passeio Ciclístico Virtual

Está em desenvolvimento na PUCRS um projeto para a criação de uma Bicicleta Virtual, maiores detalhes podem ser obtido em http://www.inf.pucrs/br/~grv.

Outras experiências de uma bicicleta virtual são a VRBIKE da empresa TECTRIX, fabricante de equipamentos de ginástica e a CyberBike do Departamento de Psicologia da Queen's Universityn no Canadá. Para ver uma aminação gerada neste nesta última tente: http://130.15.96.12/labs/frostlab/vrbig.mov.

5.4 Treinamento

5.4.1 Simuladores de Vôo

Em vários casos, fazer com que uma pessoa treine uma certa tarefa pode ser muito difícil, muito caro e muitas vezes simplesmente impossível.

Um caso clássico desta situação é o treinamento de pilotos para situações de perigo como perda súbita de combustível ou um violento deslocamento de ar. Pensando nisto, a indústria aeronáutica tem criado excelentes simuladores de vôo. Uma das melhores coisas que estes simuladores têm é que com eles o piloto pode tentar realizar um número muito maior de vôos em um dia, do que conseguiria em um aparelho real, no espaço de meses.

Normalmente, as cabines de simulação de vôo não são consideradas aplicações de Realidade Virtual. Isto porque a cabine e os controles são reais, e as imagens são exibidas em telas colocadas no lugar das janelas do avião.

Entretanto, nos últimos anos, alguns simuladores vem sendo construídos usando tecnologias de Realidade Virtual como HMD’s, tendo como principal vantagem a possibilidade de recriar a cabine, simulando um outro avião, sem precisar de uma nova cabine. Além disto há uma forte corrente, em especial no exército americano, pesquisando na direção de novos tipos de simuladores que sejam flexíveis, adaptáveis, de fácil atualização e ainda interconectáveis através de redes. O objetivo é permitir que se faça simulação remota sem ter que deslocar os pilotos/soldados até o simulador, e ainda, tornar a simulação mais realista pela participação de várias pessoas[21].

5.4.2 Planejamento de Operações Militares

Uma operação militar que envolve o envio de tropas a um local desconhecido dos soldados, como por exemplo, uma embaixada, pode ter uma chance muito maior de sucesso se os soldados, antes, puderem caminhar pelo prédio e analisar os caminhos e obstáculos que terão de enfrentar. Com certeza, uma análise deste tipo fornece aos soldados um número muito maior de informações do que a análise de uma planta ou de fotos do local.

5.4.3 Lançador Virtual de Mísseis

Desenvolvido pela empresa TNO, o lançador virtual de mísseis [35] é um simulador para treinamento de lançadores do míssil "Stinger". "Stinger" é um míssil compacto lançado com um disparador colocado sobre o ombro do soldado projetado para o ataque a aeronaves que voam a baixa altitude. O Vitual Stinger Trainer consiste em uma réplica plástica do lançador original.

Dentro da réplica é colocado um mouse 3D a fim de rastrear a posição do lançador. O soldado usa um HMD e um par de fones de ouvido. No HMD são geradas imagens de aviões inimigos, bem como do céu e do terreno ao redor do soldado.

No momento em que é feito o disparo, o programa que controla o sistema produz nos fones de ouvido o som característico do disparo, bem como o som da movimentação do míssil e da explosão do alvo, caso este seja atingido. Além da simulação, o sistema registra e armazena todo o processo de manipulação da arma, fornecendo valiosas informações para o instrutor dos soldados.

Além da simulação visual e sonora este lançador virtual produz a sensação de impacto no momento do disparo dos mísseis, tornando a experência ainda mais real.

5.4.4 Treinamento de Astronautas

Uma das maiores dificuldades encontradas por astronautas no espaço é sua locomoção. Em função da gravidade zero existente no espaço, tarefas comuns como apertar um botão ou virar o corpo para olhar para trás, tornam-se muito complexas.Quando um astronauta tenta apertar um botão, se a força usada for maior do que a necessária, ele receberá de volta parte desta força o que poderá causar um movimento indesejável de seu corpo. No aspecto de movimentação, apesar da existência de controles específicos para este fim, o treinamento é bastante complicado.

A empresa holandesa TNO-FEL[35] desenvolveu um sistema de Realidade Virtual capaz de simular o movimento do astronauta no espaço colocando-o sobre uma cadeira que se move dando a este uma sensação muito próxima daquilo que de fato ocorre no espaço. Tarefas como girar o corpo, atirar uma barra de ferro ou girar um parafuso, são simulados neste sistema.

Outra simulação muito interessante feita neste sistema é o uso do som 3D para auxiliar na comunicação entre os astronautas. Como não é possível dentro da roupa espacial girar a cabeça para identificar onde está o outro astronauta, o uso de som 3D tem se mostrado muito útil para auxiliar nesta tarefa[62].

5.5 Visualização de Informação

Com o acelerado crescimento dos tipos, das fontes e do volume das informações que estão sendo produzidas atualmente por cientistas, economistas, engenheiros ou executivos, existe uma grande demanda por novas formas de apresentação destes dados. Aliado a isto, os avanços na área de informática fazem do desenvolvimento de novas abordagens para a visualização da informação, uma área bastante promissora.

5.5.1 Visualização Científica

A Visualização Científica [66] é usada em computação gráfica para auxiliar, com imagens, o entendimento de dados complexos em geral, em grande quantidade, mostrando conceitos científicos, resultados de simulações ou de coleta de dados. Nesta área a Realidade Virtual auxilia principalmente pela possibilidade de imergir o usuário nos dados fazendo com que sua análise possa ser mais detalhada. Em testes com túnel de vento, por exemplo, pode-se usar a Realidade Virtual de uma forma bastante útil. Usando um HMD e uma luva, o usuário pode ser colocado dentro do modelo computacional de um túnel de vento e visualizá-lo como se de fato lá estivesse, com a vantagem de que seu corpo não interferirá na experiência. A luva, neste caso é usada para mover um cursor virtual, que serve como ferramenta para obter dados numéricos sobre uma certa posição no espaço.

5.5.2 Visualização em Negócios

As área de compra e vendas de ações, planejamento de investimentos, movimentação de estoques e outras relacionadas à movimentação de dinheiro ao redor do mundo, requerem uma quantidade de informações bastante grande para a tomada de decisões.

Esboçadas em geral em gráficos, estas informações tem de ser de fácil manipulação e de rápido entendimento. Pensando nisto, os pesquisadores Clifford Beshers e Sturn Feiner da Universidade de Columbia desenvolveram o "N-Vision"[6].

A idéia é permitir ao usuário a visualização de um conjunto de dados multivariados em gráficos aninhados a um outro sistema de coordenadas, que representa outra variável. Com uma luva, o usuário pode mover os sistemas de forma que desejar, para uma melhor análise.

5. 6 Auditórios Virtuais ou Teatros de Realidade Virtual

Quando muitas pessoas querem participar de uma experiência de Realidade Virtual ao mesmo tempo, é preciso ampliar a capacidade de exibição dos monitores. A partir deste problema iniciaram-se os estudos sobre "Auditórios Virtuais"[20]. Existem vários teatros virtuais sendo construídos ou em fase de protótipo. Todos eles baseiam-se em "image generators" para apresentar seus mundos virtuais de duas formas: · os "screen based projection systems" ou sistemas de projeção panorâmico e os "networked-linked HMDs" ou rede de HMDs.

Os teatros de Realidade Virtual são usados em visualização científica, entretenimento, promoções corporativas e museus. Apesar de serem bastante diferentes, estas aplicações precisam, todas, apresentar para um pequeno público, imagens gráficas interativas.

Pode parecer, mas não é o mesmo que teatro ou cinema. O cinema não é interativo, o teatro, não é navegável e nem parcial ou totalmente imersivo.

Os "screen based projection systems" são ambientes em que as imagens são projetadas nas paredes de uma pequena sala, de forma a criar uma imagem, sem emendas, em todas as áreas que o usuário pode ver. Estes sistemas são também chamados de Cavernas do Realidade Virtual.

Um hardware típico deste tipo de aplicação é uma SGI Onyx com 3 Reality Engines, cada um deles gerenciando a exibição de uma imagem sobre as paredes. Estes sistemas são muito úteis para revisão de projetos de casas, de carros ou de linhas de manufatura, pois o usuário pode passear pelo mundo virtual analisando os aspectos que lhe interessam da posição que lhe parecer mais conveniente.

Os "network-linked systems", também chamados "individual based viewer systems", são montados ligando-se um conjunto do HMDs em rede. Nestes sistemas, o usuário, geralmente sentado em uma cadeira, veste um HMD e pode explorar o ambiente apenas movendo a cabeça.

A empresa StrayLight Corp[100] produz sistemas deste tipo com imagens de alta qualidade. Seus sistemas são vendidos ou alugados para companhias que querem apresentar produtos ou para entretenimento. Neste último caso, as cadeiras podem balançar e girar de acordo com a necessidade. A interatividade no sistema da StrayLight é pequena, ela foi sacrificada em prol da qualidade das imagens.

Outra empresa que usa a idéia de HMDs ligados em rede é a Telepresence Research Inc. Ela criou recentemente, para a cervejaria japonesa Sapporo, um sistema de visitação virtual da linha de produção. Como a visita a uma cervejaria, por questões de segurança, é restrita a poucos setores, a Telepresence criou um modelo computacional de toda a fábrica e, com um programa de alto desempenho para visualização de objetos, permite a grupos de até 12 pessoas, a navegação pela fábrica. A criação do modelo virtual não levou muito tempo, pois a fábrica já tinha sido projetada em programas de CAD.

No sistema, um dos usuários atua como o motorista de um "ônibus virtual" definindo por onde o grupo anda durante a visita, os demais, à medida que o "ônibus anda", podem olhar para onde desejarem, tendo a visão que quiserem da fábrica.

5.7 Artes

Na área artística a Realidade Virtual parece ter um futuro bastante promissor. Como um novo meio de expressão da habilidade do artista a imersão e a interatividade podem transformar a arte estática (pinturas e esculturas) em arte dinâmica, à qual os observadores poderão explorar da forma que desejarem.

Do ponto de vista do artista a Realidade Virtual pode auxiliar no processo de criação. Um músico, por exemplo, pode tocar um piano virtual usando uma luva eletrônica e um sintetizador.

Um escultor pode manipular uma espécie de "argila virtual" para criar suas peças. Neste campo de escultura a Realidade Virtual pode ser útil também, para quem estuda um determinado artista. Se tivermos modelos virtuais de suas obras, o pesquisador poderá alterá-los da forma que desejar, sem correr o risco de destruir a obra.

5.8. Telepresença e Telerobótica

Com certeza nós já desejamos estar em dois lugares ao mesmo tempo. Se isto ainda não é possível, a telepresença pelo menos cria a ilusão de que se pode estar lá e aqui ao mesmo tempo. Uma forma antiga de telepresença é o telefone, quando ouvimos alguém ao telefone é como se nossos ouvidos estivessem em outro lugar, sem que de fato estejam.

A telepresença baseia-se na idéia de que, com algum tipo de equipamento, é possível executar tarefas em algum lugar distante, como se lá estivéssemos. Mas isto é Realidade Virtual? Aqui está uma pergunta que ainda não tem resposta.

O projeto "GreenSpace - an immersive communication medium" pretende permitir que pessoas localizadas fisicamente distantes possam compartilhar experiências em ambientes virtuais comuns. Maiores informações sobre este projeto podem ser obtidas no trabalho:

Em alguns sistemas de tele presença, o médico pode atender a pacientes distantes[59]. No futuro, poderá operá-los. A NASA está particularmente interessada neste aspecto para futuramente realizar cirurgias no espaço.

Um pouco menos futurista são os sistemas de teleoperação ou telerobótica. Qualquer atividade que envolva a realização de tarefas que coloquem em risco a vida do ser humano, ou onde garantir a segurança custe muito caro, é uma área de aplicação potencial de telerobótica. Ambientes tóxicos, de altas temperaturas, ou de difícil acesso são exemplos da aplicação.

O uso da robótica nestes casos, já é bastante antigo, a Realidade Virtual entra, por sua vez, como uma forma de facilitar a interação com os equipamentos. Com Realidade Virtual, o usuário pode "enxergar" o ambiente. Vestindo um HMD, sincronizado com uma filmadora(figura 5.5), instalada no ambiente remoto, o usuário pode "ver" o objeto a ser manipulado. O controle do robô, por sua vez, pode ser feito com uma luva ao invés de um manipulador.

Figura 5.5 - Sincronismo Entre Uma Câmera e um HMD em Ambientes de Telepresença

Um dos projetos mais interessantes desenvolvido na área de telerobótica, é o projeto Green Man. Projetado por David Smith e Frank Amrogida e construído por Herbert Murmmery, todos do NOSC - (Naval Oceans System Center) [72]. O Green Man é um robô com dois braços, garras, tronco, pescoço, cabeça e dois olhos (câmeras de vídeo), controlado pelos movimentos do corpo de uma pessoa. Os movimentos são medidos por uma espécie de esqueleto externo colocado no usuário e os ângulos formados nas articulações deste são usados para controlar o robô.

No Brasil temos um projeto de controle de robôs usando Relidade Virtual sendo desenvolvido com o apoio da FAPERGS, num convênio da PUCRS com o SENAI. Neste projeto o robô passa a ser controlado pelos movimentos de uma luva eletrônica, liberando o usuário da necessidade, muitas vezes tediosa, de ter que programar o robô.

5.9 Anúncio Experiencial

Surgindo como uma nova forma de publicidade, os Anúncios Experimenciais são um tipo de publicidade onde as mensagens de marketing são embutidas em um mundo virtual. Nestes mundos, os consumidores em potencial podem interagir com o produto que está sendo vendido e convencerem-se de suas vantagens.

No mercado americano, este tipo de marketing iniciou com as empresas que alugavam equipamentos com jogos de Realidade Virtual. Posteriormente estas empresas passaram a alugar seus equipamentos para apresentar "shows" de outras companhias. A pioneira desta área foi a CyberEvent Group Inc. [28], já tendo produzido "comerciais" para companhias farmacêuticas e cadeias de motéis.

Seguindo uma linha mais conservadora, a comunidade européia adotou a abordagem de separar o marketing dos vídeos games. A empresa Virtual-S Ltd, de Londres, desenvolveu, por exemplo, para as empresas Kingston Micro Eletronics e AKAI sistemas com Realidade Virtual para apresentar seus produtos. Para a prefeitura de Madri, a empresa criou um sistema que hoje é usado em feiras para apresentação da cidade de Madri e de suas potencialidades para abrigar novas empresas de alta tecnologia.

Outra empresa que está desenvolvendop anuncios com o uso de Realdead virtual é a StrayLight Corp que tem hoje, entre seu clientes empresas como American Express, AT&T, AVIS, Blockbuster Entertainment, CableTron Systems, Coca-Cola entre outras.

5.10 Sistemas de Manutenção usando Realidade Aumentada

As pessoas que trabalham com manutenção de equipamentos sofisticados, costumam lidar com uma quantidade grande de manuais e fichas técnicas de produtos. Com a evolução rápida, comum a este tipo de equipamento, a documentação, por sua vez também tem de ser atualizada.

Buscando resolver este problema, muitos fabricantes estão distribuindo manuais e fichas em meio magnético. Esta evolução diminuiu, sem dúvida, a quantidade de papel utilizado. Entretanto, nem sempre é cômodo usar um computador durante a manutenção. Pensando nisto, a British Aeroespace em conjunto com a Private Eye e a Boeing em consórcio com a Virtual Vision, vem desenvolvendo sistemas de Realidade Aumentada para auxiliar na manutenção de aviões e de turbinas[81,89]. Usando um HMD, o técnico que realiza a manutenção, pode deixar ao alcance de seus olhos, ao lado da imagem que está olhando, as páginas dos manuais que precisa.