Mirian2009 O uso de Realidade Aumentada para tratamento de Aracnofobia

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIA´S – UFG
CAMPUS CATALA˜O – CAC
DEPARTAMENTO DE CIEˆNCIA DA COMPUTAC¸A˜O – DCC
Bacharelado em Cieˆncia da Computac¸a˜o
Projeto Final de Curso
O uso de Realidade Aumentada para tratamento de
Aracnofobia
Autora: Mı´rian Alves da Silva
Orientador: Prof. Ms. Ma´rcio Antoˆnio Duarte
Catala˜o - 2009
Mı´rian Alves da Silva
O uso de Realidade Aumentada para tratamento de Aracnofobia
Monografia apresentada ao Curso de
Bacharelado em Cieˆncia da Computac¸a˜o da
Universidade Federal de Goia´s Campus Catala˜o
como requisito parcial para obtenc¸a˜o do t´ıtulo de
Bacharel em Cieˆncia da Computac¸a˜o
A´rea de Concentrac¸a˜o: Realidade Virtual
Orientador: Prof. Ms. Ma´rcio Antoˆnio Duarte
Catala˜o - 2009
A. Silva, Mı´rian
O uso de Realidade Aumentada para tratamento de Aracnofobia/Prof.
Ms. Ma´rcio Antoˆnio Duarte- Catala˜o - 2009
Nu´mero de paginas: 93
Projeto Final de Curso (Bacharelado) Universidade Federal de Goia´s, Campus
Catala˜o, Curso de Bacharelado em Cieˆncia da Computac¸a˜o, 2009.
Palavras-Chave: 1. Realidade Virtual. 2. Realidade Aumentada. 3. Aracnofobia
Mı´rian Alves da Silva
O uso de Realidade Aumentada para tratamento de Aracnofobia
Monografia apresentada e aprovada em de
Pela Banca Examinadora constitu´ıda pelos professores.
Prof. Ms. Ma´rcio Antoˆnio Duarte – Presidente da Banca
Prof. Acr´ısio Jose´ do Nascimento Ju´nior
Profa. Ms. Liliane Nascimento
Dedico este projeto a minha famı´lia, pela compreensa˜o
e confianc¸a depositados em mim. Aos meus amigos que
sempre estiveram ao meu lado.
AGRADECIMENTOS
Quero agradecer primeiramente a Deus por ter me dado o dom da vida e confianc¸a
para na˜o desistir diante dos desafios.
A minha ma˜e, Noeˆmia, pela educac¸a˜o, forc¸a e por estar sempre presente nos meus
estudos e na minha vida. Ao meu pai, S´ılvio que mesmo na˜o estando mais comigo,
foi uma pessoa importante no meu caminho. Aos meus avo´s, que me acolheram nos
momentos dif´ıceis e por estarem sempre ao meu lado. A todos os meus familiares, por
serem o alicerce na minha vida.
Ao Prof. Ma´rcio, pela participac¸a˜o neste trabalho, por ter disponibilizado tempo para
me ajudar.
Ao Prof. Andre´ do departamento da psicologia da UFG, pela importante participac¸a˜o
na conclusa˜o desse trabalho.
A todos os amigos que conquistei durante o curso, obrigada pela motivac¸a˜o, horas
de estudos e diversa˜o juntos, pela unia˜o, companheirismo e ajuda nos momentos dif´ıceis
dessa caminhada.
A todos os meus amigos, que diretamente ou indiretamente, contribu´ıram para o
desenvolvimento deste projeto, meus sinceros agradecimentos.
“Uma longa viagem comec¸a
com um u´nico passo”
Lao-Tse´
RESUMO
A. Silva, Mı´rian O uso de Realidade Aumentada para tratamento de Arac-
nofobia. Curso de Cieˆncia da Computac¸a˜o, Campus Catala˜o, UFG, Catala˜o, Brasil,
2009, 93p.
Fobia e´ o medo ou aversa˜o descontrolada ante situac¸o˜es, objetos, animais ou lugares.
A Aracnofobia e´ uma das mais comuns fobias de animais, que e´ o medo que um indiv´ıduo
possui de aranhas. Uma das formas mais habituais de se curar uma fobia e´ a utilizac¸a˜o
de me´todos que expo˜e gradativamente o fo´bico ao objeto que lhe da´ medo, neste caso a
aranha. Nesse contexto, o projeto em questa˜o propo˜e a utilizac¸a˜o de me´todos e te´cnicas
de Realidade Virtual e Realidade Aumentada no aux´ılio no tratamento da Aracnofobia.
Dessa forma, um sistema computacional que captura as imagens do ambiente real, e em
tempo real, foi implementado, e atrave´s da ana´lise das imagens sa˜o inseridas gradati-
vamente aranhas virtuais no mesmo ambiente do paciente. Uma ana´lise foi realizada
por um grupo de usua´rio que por meio de questiona´rios e atividades puderam verificar o
efeito desse sistema no seu desempenho. Os resultados desta ana´lise e os testes realizados
encontram-se em anexo nesta monografia.
Palavras-Chaves: Realidade Virtual, Realidade Aumentada, Aracnofobia
i
Suma´rio
1 Introduc¸a˜o 1
1.1 Motivac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Objetivos do Projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Organizac¸a˜o da monografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Realidade Virtual 4
2.1 Histo´ria da RV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Imersa˜o, Interac¸a˜o e Envolvimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3 Formas de RV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.4 Formas e te´cnicas de Interac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.5 RV imersiva e RV na˜o imersiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.6 Requisitos para desenvolvimento de sistemas de RV . . . . . . . . . . . . . 9
2.7 Dispositivos de RV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.8 Limites da RV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.9 A´reas de aplicac¸o˜es de RV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.9.1 Visualizac¸a˜o da informac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.9.2 Realidade Virtual aplicada na medicina . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.9.3 Tratamento de Fobia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.9.4 Indu´stria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.9.5 Educac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3 Realidade Aumentada 15
3.1 Aspectos da RA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2 Tipos de RA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3 Componentes de RA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4 Te´cnicas de interac¸a˜o e dispositivos de RA . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.5 Comparac¸a˜o entre RV e RA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.6 Aplicac¸o˜es de RA em algumas are´as . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
ii
4 Realidade Virtual no tratamento de Fobia 22
4.1 Fobia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.1.1 Tipos de tratamento de Fobias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.1.2 Aracnofobia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.2 RV no tratamento de fobias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.3 Aplicac¸o˜es de RV no tratamento de fobias . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.4 Aplicac¸a˜o de RA no tratamento de fobias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5 Me´todos/Materiais e Arquitetura do Sistema 29
5.1 Tecnologias utilizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.1.1 Biblioteca ARToolKit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.1.2 Software Blender e Linguagem VRML . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.2 Local e Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.3 Testes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.3.1 Pu´blico Alvo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.3.2 Procedimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.4 Arquitetura do Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.4.1 Requisitos do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.4.2 Diagrama de caso de uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5.4.3 Diagrama de Classe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.4.4 Diagramas de Sequeˆncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.4.5 Diagrama de atividade e estado . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40
6 Implementac¸a˜o 42
6.1 Gerac¸a˜o dos objetos virtuais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
6.1.1 Modelagem da aranha no Blender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
6.1.2 Alterac¸o˜es realizadas no co´digo VRML . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.2 Alterac¸o˜es na biblioteca ARToolKit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.3 Marcadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.4 Funcionamento do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
7 Resultados, Limitac¸a˜o do sistema e Discussa˜o 56
7.1 Dados Coletados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
7.1.1 Grupo 1: Experimental 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
7.1.2 Grupo 2: experimental 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7.1.3 Grupo 3: experimental 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.2 Resultados Obtidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
7.2.1 Grupo Experimental 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
7.2.2 Grupo experimental 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
iii
7.2.3 Grupo Experimental 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
7.2.4 Comparac¸a˜o entre Grupo Experimental 1 e experimental 2 . . . . . 64
7.2.5 Comparac¸a˜o entre Grupo Experimental 1 e experimental 3 . . . . . 66
7.2.6 Comparac¸a˜o entre Grupo experimental 2 e experimental 3 . . . . . 67
7.3 Limites e dificuldades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
7.4 Discussa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
8 Considerac¸o˜es Finais 71
8.1 Conclusa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
8.2 Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Refereˆncias 73
Apeˆndices 76
A Testes 77
A.1 Questiona´rio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
A.2 Entrevista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
A.3 TCLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
A.4 Exemplos da sequencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
B Co´digo Fonte 84
B.1 Co´digo para Inserir textura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
B.2 Co´digo para inserir animac¸a˜o na perna da aranha . . . . . . . . . . . . . . 84
B.3 Co´digo para inserir deslocamento na aranha . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
B.4 Co´digo para inserir animac¸a˜o na aranha: Rotac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . 85
B.5 Co´digo para inserir treˆs aranha animadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
B.6 Co´digo de inversa˜o da imagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
B.7 Co´digo do me´todo KeyEvent() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
B.8 Co´digo do me´todo draw() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
B.9 Co´digo Fonte do sistema de RA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
iv
Lista de Figuras
2.1 Sensorama [Duarte, 2009] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Uma CAVE [Strickland, 2009] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3 Exemplo de RV na˜o imersiva [Curzel, 2006] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4 Sistema para planejamento de cirurgias de remoc¸a˜o de tumores cerebrais
[Tori et al., 2006] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.5 Ambiente Elevador Panoˆramico [Wauke et al., 2004] . . . . . . . . . . . . . 12
2.6 Projeto de uma plataforma de explorac¸a˜o de petro´leo [Kirner e Tori, 2004] 13
2.7 (a)Ambiente NewtonWorld ;(b) Ambiente MaxwellWorld ;(c) Ambiente Paul-
ingWorld [Tori et al., 2006] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.1 Exemplo de RA [Kirner, 2008a] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2 Diagrama do Sistema de Visa˜o O´tica Direta [Duarte, 2006] . . . . . . . . . 17
3.3 Diagrama do Sistema de Visa˜o Direta por Vı´deo [Duarte, 2006] . . . . . . 17
3.4 Diagrama do Sistema de Visa˜o por Vı´deo Baseada em Monitores [Duarte, 2006] 18
3.5 Exemplo do ARToolKit [Kirner, 2008b] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.6 O processo de fotoss´ıntese [Ribeiro e Silva, 2007] . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.7 O jogo ARHochey funcionando [Ribeiro e Silva, 2007] . . . . . . . . . . . . 21
3.8 O sistema funcionando na parede de uma casa [Miranda et al., 2007] . . . . 21
4.1 (a)Ambiente Elevador Panoˆramico; (b)Ambiente Tu´nel livre de traˆnsito;
(c)Ambiente Tu´nel engarrafado [Wauke et al., 2004] . . . . . . . . . . . . . 27
4.2 Ambiente de uma rota definida, visa˜o ae´rea [Paiva et al., 2007] . . . . . . . 27
4.3 (a)Sistema inicializado; (b)Sistema com as baratas [Juan et al., 2009] . . . 28
5.1 Exemplo de um marcador [Cipriano e Bila, 2007] . . . . . . . . . . . . . . 30
5.2 Imagem Capturada [Consularo et al., 2007] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.3 Imagem Bina´ria [Consularo et al., 2007] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.4 Cubo sobreposto ao marcador [Consularo et al., 2007] . . . . . . . . . . . . 32
5.5 Coordenadas adotada pela VRML [Traima e Ferreira, 2009]. . . . . . . . . 33
5.6 Diagrama de caso de uso do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5.7 Diagrama de classe do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
v
5.8 Diagrama de sequeˆncia: (a)func¸a˜o InseriAranha; (b) func¸a˜o InseriTodasAran-
has . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.9 Diagrama de sequeˆncia: (a)func¸a˜o RemoveAranha; (b) func¸a˜o RemoverTo-
dasAranhas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.10 Diagrama de sequeˆncia: (a)func¸a˜o InseriAranha; (b) func¸a˜o InseriTodasAran-
has . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.11 Diagrama de sequeˆncia: (a)func¸a˜o RemoveAranha; (b) func¸a˜o RemoverTo-
dasAranhas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.12 Diagrama de sequeˆncia: (a)func¸a˜o InseriAranha; (b) func¸a˜o InseriTodasAran-
has . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.13 Diagrama de sequeˆncia: (a)func¸a˜o RemoveAranha; (b) func¸a˜o RemoverTo-
dasAranhas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
6.1 (a)Uma esfera; (b)A cabec¸a da aranha modelada . . . . . . . . . . . . . . . 43
6.2 A cabec¸a completa da aranha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6.3 A aranha com o corpo modelado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6.4 (a) Cilindro; (b) A perna da aranha modelada . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6.5 Aranha com todas as pernas modeladas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.6 Aranha Completa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.7 Segunda Aranha modelada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.8 (a)Teia de aranha; (b)Aranha modelada com a teia . . . . . . . . . . . . . 46
6.9 (a)Primeira aranha modelada com textura; (b)Segunda aranha modelada
com textura; (c)Terceira aranha com textura . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.10 Animac¸a˜o da aranha com teia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
6.11 Animac¸a˜o de rotac¸a˜o na aranha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
6.12 Criac¸a˜o de treˆs aranhas animadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
6.13 (a)Imagem invertida; (b)Imagem normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.14 Marcador Padra˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.15 (a) Marcador vazio; (b) Marcadornovo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.16 Aranha sobre o marcador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
6.17 Ambiente com os marcadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
6.18 Sistema iniciado, uma foto de aranha aparece no marcador . . . . . . . . . 52
6.19 Ambiente com duas fotos de aranha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.20 Ambiente com uma aranha virtual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.21 Ambiente com todas as aranhas virtuais e fotos . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.22 (a)Ambiente com quatro aranhas virtuais; (b)Ambiente com cinco aranhas
virtuais; (c)Ambiente com oito aranhas virtuais . . . . . . . . . . . . . . . 54
vi
A.1 (a)Sequencia utilizada na tarefa 1, com lo´gica de quantidade de objetos na
imagem; (b)Sequencia utilizada na tarefa 2, com lo´gica da primeira letra
do nome do objeto na imagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
A.2 (a)Sequencia utilizada na tarefa 3, com lo´gica da ordem dos planetas do
sistema solar; (b)Sequencia utilizada na tarefa 1, com lo´gica cronolo´gica . . 83
vii
Lista de Tabelas
4.1 Tipos de Fobia [Boralli et al., 2003] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
7.1 Tabela de dados da Entrevista do grupo Experimental 1 . . . . . . . . . . 57
7.2 Tabela de dados da Entrevista do grupo experimental 2 . . . . . . . . . . . 58
7.3 Tabela de dados da Entrevista do grupo experimental 3 . . . . . . . . . . . 60
7.4 Tabela de resultados da Entrevista do grupo experimental 1 . . . . . . . . 61
7.5 Tabela de resultados do questiona´rio do grupo experimental 1 . . . . . . . 61
7.6 Tabela de resultados da entrevista do grupo experimental 2 . . . . . . . . . 62
7.7 Tabela de resultados do questiona´rio do grupo experimental 2 . . . . . . . 63
7.8 Tabela de resultados da entrevista do grupo experimental 3 . . . . . . . . . 63
7.9 Tabela de resultados do questiona´rio do grupo experimental 3 . . . . . . . 64
7.10 Tabela de comparac¸a˜o de resultados da entrevista entre Grupo Experimen-
tal 1 e Experimental 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
7.11 Tabela de comparac¸a˜o de resultados do questiona´rio entre Grupo Experi-
mental 1 e Experimental 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
7.12 Tabela de comparac¸a˜o de resultados da entrevista entre Grupo Experimen-
tal 1 e Experimental 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
7.13 Tabela de comparac¸a˜o de resultados do questiona´rio entre Grupo Experi-
mental 1 e Experimental 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
7.14 Tabela de comparac¸a˜o de resultados da entrevista entre Grupo Experimen-
tal 2 e Experimental 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
7.15 Tabela de comparac¸a˜o de resultados do questiona´rio entre Grupo Experi-
mental 2 e Experimental 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
A.1 Tabela dos sintomas de ansiedade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
viii
Lista de siglas
3D treˆs dimenso˜es, 1
6DOF 6 degree of freedom, 1
CAVE Cave Automatic Virtual Environment , 1
CPU Central Processing Unit , 1
EUA Estados Unidos da Ame´rica, 1
GNU General Public License, 1
GPL General Public License, 1
HMD head-mounted display , 1
MB mega bytes , 1
OpenGL Open Graphics Library , 1
RA Realidade Aumentada, 1
RAM Random Access Memory , 1
RGB Red, Green e Blue, 1
RM Realidade Misturada, 1
RV Realidade Virtual, 1
TCLE Termo de Consentimento Livre e Esclarecido,
1
TV Telivisa˜o, 1
UFG Universidade Federal de Goia´s, 1
ix
VA Virtualidade Aumentada, 1
VESUP Virtual Environments for Supporting Urban
Phobias , 1
VRML Virtual Reality Modeling Language, 1
x
Cap´ıtulo 1
Introduc¸a˜o
1.1 Motivac¸a˜o
Atualmente va´rias pessoas se defrontam com algum tipo de medo relacionado a deter-
minado tipo de objeto ou situac¸a˜o. A fobia pode ser definida como o medo incontrola´vel
e persistente a um objeto, pessoa, lugar, animal ou situac¸a˜o [Wauke et al., 2004]. A fobia
pode atrapalhar o cotidiano de uma pessoa, como por exemplo, especificar o local para
viver, limitar o lazer e passatempo. Umas das fobias mais comum e´ a Aracnofobia, que e´
o medo irracional de aranhas.
Uma das te´cnicas utilizada para o tratamento da Aracnofobia e´ a exposic¸a˜o in vivo,
que consiste na exposic¸a˜o do objeto que causa fobia, aranhas, gradativamente ao paciente
[Wauke et al., 2004]. Pore´m a exposic¸a˜o direta por esta te´cnica pode ser trauma´tica ao
indiv´ıduo e o uso do computador pode auxiliar o tratamento neste tipo de problema, como
a utilizac¸a˜o de sistemas virtuais.
Atualmente muito vem se utilizando dos sistemas de Realidade Virtual (RV), que
possibilitam a construc¸a˜o de um mundo virtual, que podem ser a representac¸a˜o do mundo
real ou de um mundo imagina´rio e que permite ao usua´rio a visualizac¸a˜o, movimentac¸a˜o
e interac¸a˜o em tempo real com esses ambientes tridimensionais gerados por computador
[Kirner e Siscoutto, 2007].
Para tornar esses sistemas mais eficientes e real´ısticos, podemos utilizar a Realidade
Aumentada (RA), que pode ser definida de diversas maneiras e uma delas e´ a mistura
do mundo real e virtual por meio da inserc¸a˜o de objetos virtuais criados no computador
[Kirner e Siscoutto, 2007].
Nesse contexto, o projeto em questa˜o propo˜e utilizar me´todos e te´cnicas de RV e RA
para auxiliar no tratamento da Aracnofobia, onde um sistema computacional capture as
imagens do ambiente real em tempo real, e atrave´s da ana´lise das imagens, este ira´ inserir
1
gradativamente aranhas virtuais na imagem do ambiente em que o paciente se encontra.
Um teste foi realizado a fim de averiguar o efeito do sistema no desempenho de alguma
tarefa proposta, no caso uma tarefa de racioc´ınio. Para dar suporte a todo esse estudo,
uma avaliac¸a˜o por meio de questiona´rios e entrevista com alguns usua´rios do sistema foi
realizada. Na elaborac¸a˜o desta ana´lise, contou-se com a participac¸a˜o de um professor do
Departamento de Psicologia, e esta tambe´m foi submetida e aprovada pelo Comiteˆ de
e´tica da Universidade Federal de Goia´s. Desta forma, pode-se obter um resultado em
relac¸a˜o a utilidade do sistema proposto.
1.2 Objetivos do Projeto
Esse trabalho tem como objetivo principal estudar te´cnicas de RV e RA e desenvolver
um sistema computacional que auxilie o tratamento da Aracnofobia.
Como objetivos secunda´rios, tem-se:
• Estudar as vantagens da adequac¸a˜o de te´cnicas de RV para o tratamento de Arac-
nofobia;
• O estudo e ana´lise da biblioteca ARToolKit para desenvolvimento de aplicac¸o˜es em
RA;
• Estudo da linguagem VRML (Virtual Reality Modeling Language) para modelagem
das aranhas virtuais;
• O estudo de linguagem de programac¸a˜o C++;
• Realizar um estudo de caso envolvendo pacientes fo´bicos para comprovar a eficieˆncia
do sistema;
• E apresentar os resultados obtidos e a conclusa˜o do projeto.
1.3 Organizac¸a˜o da monografia
O Cap´ıtulo 1 conte´m o projeto em geral, motivac¸a˜o, objetivo e a estrutura da mono-
grafia.
O Cap´ıtulo 2 sa˜o apresentados algumas definic¸o˜es e conceitos importantes sobre RV
como Imersa˜o, Interac¸a˜o e envolvimento, formas de interac¸a˜o e tipos de RV e tambe´m e´
2
abordado um breve histo´rico e a´reas de aplicac¸a˜o dessa tecnologia.
O Cap´ıtulo 3 conte´m definic¸o˜es e conceitos importantes sobre RA e sera˜o mostradas
algumas a´reas de aplicac¸a˜o com exemplos.
No Cap´ıtulo 4 sa˜o descritos descric¸o˜es sobre fobia, especificando a Aracnofobia e tipos
de tratamento. Encontra-se tambe´m o uso de Realidade Virtual para o tratamento de
fobias.
No Cap´ıtulo 5 sa˜odescritos os me´todos e materias relacionado ao trabalho e a arquite-
tura do sistema desenvolvido.
No Cap´ıtulo 6 e´ apresentado a implementac¸a˜o do sistema e seu funcionamento.
No Cap´ıtulo 7 e´ mostrado os resultados, discusso˜es e dificuldades.
No Cap´ıtulo 8 e´ apresentado a conclusa˜o e trabalhos futuros.
Em anexo esta˜o os questiona´rios, entrevitas, exemplos da tarefa aplicada, o TCLE(Termo
de Consentimento Livre e Esclarecido) e co´digo fonte.
3
Cap´ıtulo 2
Realidade Virtual
Para a expressa˜o RV existem va´rias definic¸o˜es envolvendo conceitos gerais e por ser
uma a´rea muito abrangente, essas definic¸o˜es sa˜o principalmente baseadas em experieˆncias
dos pesquisadores. A definic¸a˜o mais simples e´ uma interface avanc¸ada do usua´rio para
ter acesso a dados e imagens computadorizados, podendo visualizar, interagir em tempo
real [Tori et al., 2006].
A RV e´ vista como uma cieˆncia que abrange va´rias a´reas com o objetivo de integrar
as caracter´ısticas de imersa˜o e interac¸a˜o para simular um ambiente real, o que permite ao
usua´rio visualizar e manipular ambientes virtuais em tempo real [Machado, 2003].
Outra definic¸a˜o, e´ um novo tipo de interface em que o usua´rio esta´ dentro do am-
biente virtual e que envolve os conceitos de imersa˜o, interac¸a˜o, envolvimento e presenc¸a
[Wauke et al., 2004].
Essa interface oferece uma interac¸a˜o intuitiva, onde o usua´rio pode usar conhecimentos
intuitivos para manipularem os objetos virtuais. Para conseguir isso, o usua´rio pode
utilizar dispositivos na˜o convencionais, como capacete, luvas, comandos de voz e tambe´m
dispositivos convencionais como mouse, teclado e monitores. O importante e´ oferecer ao
usua´rio a sensac¸a˜o de manipular o ambiente virtual em tempo real, ou seja, com o mı´nimo
de atrasos no tempo de respostas do sistema [Tori et al., 2006].
Segundo [Kirner e Siscoutto, 2007], a RV e´ frequentemente confundida com a mul-
timı´dia, e comparando essas duas tecnologias teˆm-se:
• Multimı´dia: trabalha com imagens pre´-processadas, exige qualidade das imagens e
capacidade de transmissa˜o, utiliza te´cnicas de compressa˜o de dados, trabalha com
espac¸os 2D e dispositivos convencionais;
• RV: Envolve imagens em tempo real, enfoque na interac¸a˜o com o usua´rio, exige alto
processamento e funciona com dispositivos convencionais e especiais.
4
A RV tambe´m pode ser utilizada em va´rias a´reas, como sau´de, educac¸a˜o, indu´strias e
envolve conceitos importantes que sera˜o apresentados no decorrer desta monografia.
2.1 Histo´ria da RV
O desenvolvimento de sistemas de RV comec¸ou com os simuladores de voˆos da forc¸a
ae´rea do EUA apo´s a Segunda Guerra Mundial [Netto et al., 2002]. A indu´stria de en-
tretenimento tambe´m teve seu papel importante no desenvolvimento dessa tecnologia
com a introduc¸a˜o do cinerama que consistia no uso de treˆs caˆmeras filmando em aˆngulos
diferentes onde a imagem era projetada em treˆs grandes telas curvadas para dentro
[Duarte, 2009].
Em 1956, segundo [Vince, 1995], surgiu o Sensorama representado na Figura 2.1, que
era uma cabine onde imagens 3D eram projetadas e sons este´reos, vibrac¸o˜es mecaˆnicas,
aromas, e ar movimentado por ventiladores simulavam um passeio de motocicleta por
Nova York.
Figura 2.1: Sensorama [Duarte, 2009]
Trabalhos cient´ıficos na a´rea de RV surgiram em 1958, quando um par de caˆmeras e um
capacete com monitores foram desenvolvidos pela Philco e dava a sensac¸a˜o de presenc¸a
em um ambiente, que depois foi chamado de ambiente head-mounted display ou HMD
[Netto et al., 2002], mas sua patente foi feita em 1962 por Morton Heiling.
O primeiro circuito de televisa˜o fechado a montar um visor em um capacete, cujo
sistema tinha um rastreador e atrave´s dos movimentos da cabec¸a o usua´rio controlava
5
uma caˆmera de televisa˜o, foi descrito em 1961 por Comeau e Bryan [Kalawsky, 1993].
Em 1968, o primeiro capacete de visualizac¸a˜o de imagens computadorizadas foi de-
senvolvido por Ivan Sutherland e e´ considerado a marco inicial da RV. De 1977 a 1982
foram constru´ıdas as primeiras luvas de dados conhecidas como ”Data Glove” e em 1987
foi colocada no mercado pela empresa VPL Research Inc.
Em 1982, os simuladores dos EUA ja´ tinham integrac¸a˜o entre v´ıdeo, a´udio e com seis
graus de liberdade (6DOF), ou seja, seis tipos de movimentos: para frente/para tra´s,
acima/abaixo, esquerda/direita, inclinac¸a˜o para cima/para baixo,angulac¸a˜o a` esquerda/a`
direita e rotac¸a˜o da esquerda/a` direita [Pimentel e Teixeira, 1995].
Depois disso, as pesquisas foram evoluindo e em 1986, a NASA possu´ıa um sistema
em que os usua´rios poderiam ordenar comandos pela voz, escutar fala sintetizados, som
3D e manipular os objetos virtuais diretamente com as ma˜os utilizando as luvas de dados
[Machado, 1995].
Atualmente, com os avanc¸os das pesquisas, o aumento de usua´rios, o crescimento de
aplicac¸o˜es e a utilizac¸a˜o dessa tecnologia em diversas a´reas proporcionam um crescimento
considera´vel de componentes e produtos de RV.
2.2 Imersa˜o, Interac¸a˜o e Envolvimento
As treˆs ide´ias ba´sicas que caracterizam a RV sa˜o imersa˜o, interac¸a˜o e envolvimento
[Morie, 1994].
A ide´ia de imersa˜o e´ a sensac¸a˜o de estar de alguma forma dentro do mundo virtual
[Wauke et al., 2004]. Essa sensac¸a˜o e´ obtida atrave´s de dispositivos como luvas, o´culos
de projec¸a˜o e telas.
A interac¸a˜o e´ a capacidade do sistema de modificar o ambiente virtual em resposta
a uma ac¸a˜o do usua´rio. Essa e´ uma das caracter´ısticas mais importantes e esta´ muito
presente em jogos.
O conceito de envolvimento esta´ ligado ao grau de motivac¸a˜o do usua´rio para inte-
ragir com o mundo virtual. Esse envolvimento pode ser passivo, como assistir a TV, ou
ativo, como jogar uma partida de futebol com algue´m. Em RV, essas duas formas sa˜o
trabalhadas, permitindo a explorac¸a˜o e interac¸a˜o no ambiente virtual [Netto et al., 2002].
6
2.3 Formas de RV
Um sistema de RV pode gerar um ambiente de treˆs formas: Passivo, Explorato´rio e
Interativo [Adams, 1994].
Em um ambiente de RV passivo, o usua´rio navega de forma automa´tica e sem inter-
fereˆncia, tudo e´ controlado pelo sistema.
Ja´ em um ambiente explorato´rio, o usua´rio controla a navegac¸a˜o no ambiente, mas
na˜o pode interagir com os objetos no mundo virtual.
Em um ambiente interativo, ale´m de navegar no mundo virtual, o usua´rio tambe´m
pode interagir com entidades presentes.
2.4 Formas e te´cnicas de Interac¸a˜o
As te´cnicas de interac¸a˜o sa˜o responsa´veis pela captura das ac¸o˜es do usua´rio e gerar
uma resposta do sistema que sera´ apresentado pelos dispositivos de sa´ıda. Existem treˆs
te´cnicas de interac¸a˜o, sendo elas: navegac¸a˜o, controle do sistema e selec¸a˜o/manipulac¸a˜o
[Bowman et al., 2001].
A navegac¸a˜o e´ a forma mais simples de interac¸a˜o, que consiste no movimento do
participante dentro do ambiente e pode ser dividida em:
• Explorato´ria: onde o participante investiga o ambiente;
• Busca: movimentac¸a˜o do participante para um local espec´ıfico dentro do ambiente
virtual;
• Manobra: movimentos de precisa˜o do usua´rio.
O controle do sistema consiste em comandos onde o participante se comunica com a
aplicac¸a˜o, podendo mudar o seu estado.
A selec¸a˜o/manipulac¸a˜o consiste em indicar o objeto virtual de interesse do usua´rio e
alterar esse objeto em sua forma (tamanho, cor, etc) e posicionamento no mundo virtual.
Essas te´cnicas de interac¸a˜o promovem as seguintes formas de interac¸a˜o:
• Interac¸a˜o direta do usua´rio: onde existe uma reac¸a˜o do ambiente virtual a uma
ac¸a˜o direta do usua´rio, ou seja, pode-se manipular os objetos diretamente atrave´s
de dispositivos especiais;
7
• Controlesf´ısicos: onde o usua´rio utiliza de algum dispositivo como joystick, para
interagir e manipular objetos no mundo virtual;
• Controles virtuais: um objeto virtual e´ modelado como um controle.
2.5 RV imersiva e RV na˜o imersiva
Com relac¸a˜o a` sensac¸a˜o de presenc¸a e envolvimento do usua´rio, a RV pode ser classi-
ficada como RV imersiva e RV na˜o imersiva [Tori et al., 2006].
A RV imersiva e´ aquela que o usua´rio e´ transportado para o ambiente virtual atrave´s
de dispositivos especiais, como capacetes ou CAVE’s (um quarto fechado com projec¸o˜es
nas paredes, teto e piso) e tem a sensac¸a˜o de estar dentro do ambiente virtual. Um
exemplo e´ mostrado na Figura 2.2, onde um usua´rio esta´ dentro de uma CAVE, onde
aparece um cena´rio.
Figura 2.2: Uma CAVE [Strickland, 2009]
Na RV na˜o imersiva, o usua´rio e´ parcialmente transportado para o ambiente virtual,
mas ainda se sente no mundo real. Esse tipo de aplicac¸a˜o utiliza dispositivos como mon-
itores e telas de projec¸a˜o. Um exemplo e´ mostrado na Figura 2.3, onde um usua´rio
visualiza o cena´rio atrave´s de um monitor.
Figura 2.3: Exemplo de RV na˜o imersiva [Curzel, 2006]
8
Apesar da RV imersiva ser mais realista, a RV na˜o imersiva e´ mais utilizada nos
desenvolvimentos de sitemas virtuais por ter um menor custo, ser mais simples e evitar
problemas te´cnicos com os capacetes [Netto et al., 2002].
2.6 Requisitos para desenvolvimento de sistemas de
RV
Existem alguns requisitos que devem estar presentes para um sistema ser considerado
RV. Um requisito pode ter maior evideˆncia que outro, mas na˜o pode ter auseˆncia de
nunhum deles. Alguns desse requisitos sa˜o apresentados a seguir [Netto et al., 2002]:
• Analogia e ampliac¸a˜o do mundo real: os desenvolvedores devem implementar os
sitemas de RV o mais semelhante poss´ıvel ao mundo real, para facilitar o entendi-
mento e interac¸a˜o, pore´m deve acrescentar aspectos virtuais;
• Envolvimento e intuic¸a˜o: o grau de envolvimento deve ser alto e utilizar a intuic¸a˜o
do usua´rio para conseguir novas formas de interac¸a˜o;
• Imersa˜o: a sensac¸a˜o do usua´rio de estar dentro do ambiente;
• Interface de qualidade: a RV e´ uma interface de alta qualidade entre o usua´rio e o
computador, estabelecendo uma comunicac¸a˜o entre eles;
• Interac¸a˜o: sa˜o as reac¸o˜es do sistema a ac¸a˜o do participante deve ser coerentes e
satisfato´rias.
2.7 Dispositivos de RV
Os dispositivos de RV sa˜o utilizados para gerar a sensac¸a˜o de imersa˜o e para estabelecer
uma interac¸a˜o entre o usua´rio e o ambiente virtual. Essa sensac¸a˜o e´ adquirida estimulando
os sentidos humanos como tato, visa˜o e audic¸a˜o.
Esses dispositivos sa˜o divididos em dois grandes grupos:
• Dispositivos de entrada: sa˜o aqueles que enviam informac¸o˜es sobre os movimentos
ou interac¸a˜o do usua´rio no sistema [Machado, 1995];
• Dispositivos de sa´ıda: estimulam os sentidos do usua´rio e a sensac¸a˜o de imersa˜o
atrave´s das respostas do sistema [Netto et al., 2002].
9
2.8 Limites da RV
A RV pode ser limitada pelo desempenho e pelo custo de aparelhos e softwares para
desenvolver essa tecnologia.
Usua´rios podem desenvolver ciberenjoˆo, que sa˜o reac¸o˜es de incoˆmodo com o uso de
certos dispositivos como o capacete e luvas de dados. Dentre estas reac¸o˜es pode ser citado
tensa˜o ocular e na´usea. Essas reac¸o˜es podem ocorrer quando o ambiente virtual apresenta
problemas com o realismo.
Outra limitac¸a˜o e´ o custo dos dispositivos e softwares para a implementac¸a˜o e uti-
lizac¸a˜o de sistemas virtuais. Dispositivos como luvas de dados, capacete, fones de ouvido
e software para desenvolvimento podem a chegar a 50.000 do´lares. E para obter um am-
biente mais real´ıstico esse custo pode aumentar para milho˜es de do´lares [O’Brien, 2006].
2.9 A´reas de aplicac¸o˜es de RV
A RV e´ vista como uma interface avanc¸ada do usua´rio estabelecendo uma interac¸a˜o e
comunicac¸a˜o entre o homem e a ma´quina. Com o crescimento dos estudos sobre RV e a
evoluc¸a˜o dessa tecnologia, aumentaram as possibilidades de utiliza´-la em va´rias a´reas.
Sera˜o discutidas nessa sessa˜o algumas das principais aplicac¸o˜es de RV.
2.9.1 Visualizac¸a˜o da informac¸a˜o
Visualizac¸a˜o de Informac¸a˜o significa transformar dados brutos em informac¸a˜o u´til
para o usua´rio. As te´cnicas de Visualizac¸a˜o de Informac¸a˜o computadorizadas sa˜o uma
maneira eficiente de transformar um grande nu´mero de dados em imagens que sa˜o melhor
compreendidas pelo usua´rio.
Uma maneira de visualizar as informac¸o˜es e´ tridimensionalmente, o que pode ser
conseguido utilizando RV que tem a vantagem de despertar o interesse de diferentes tipos
de usua´rios pelo impacto na visualizac¸a˜o e na forma de interac¸a˜o.
Algumas aplicac¸o˜es de Visualizac¸a˜o de Informac¸a˜o utilizando RV sa˜o:
• Ferramenta colaborativa para visualizac¸a˜o Tridimensional de Dados: desenvolvida
pelo Centro Universita´rio do Para´ junto com a Universidade Federal do Para´, esse
sistema tem o objetivo de compartilhar informac¸a˜o dos usua´rios pela web. O usua´rio
pode visualizar os dados em 3D e interagir com as representac¸o˜es [Sousa et al., 2006];
• InfoVis : desenvolvido pela Universidade Federal de Sa˜o Carlos para mostrar in-
formac¸o˜es tridimensionais do museu da cidade em um ambiente virtual [Martins, 2000].
10
2.9.2 Realidade Virtual aplicada na medicina
Medicina e´ uma a´rea que teˆm se beneficiado muito com o uso da RV. Algumas
aplicac¸o˜es de RV na medicina que podem ser citadas sa˜o: ensino de anatomia, plane-
jamento ciru´rgico, simulac¸a˜o ciru´rgica, cirurgias pouco invasivas, treinamento e educac¸a˜o
de alunos de medicina [Tori et al., 2006].
As vantagens da RV sobre os procedimentos tradicionais sa˜o: custo menor, experieˆncia
profissional e repetir o procedimento va´rias vezes [Nunes e Costa, 2008].
Como exemplo de uma aplicac¸a˜o me´dica, em que um sistema para auxiliar no plane-
jamento de cirurgias de remoc¸a˜o de tumores cerebrais, e´ mostrada na Figura 2.4, onde o
ce´rebro de um paciente virtual aparece com tumores destacados em verde [Tori et al., 2006].
Figura 2.4: Sistema para planejamento de cirurgias de remoc¸a˜o de tumores cerebrais
[Tori et al., 2006]
2.9.3 Tratamento de Fobia
No tratamento de fobia, a RV tambe´m e´ utilizada e possui duas vantagens principais,
facilidade e o custo.
Por existir va´rios tipos de fobia, algumas seriam dif´ıcil de reproduzir de forma real e o
custo seria elevado, como por exemplo, o medo de andar de avia˜o. Nesse caso a RV facilita
e reduz o custo, pois o paciente nem precisa sair do consulto´rio para fazer o tratamento
[Mauch, 1995].
Um exemplo de uso de RV no tratamento de fobia e´ o VESUP, que trata treˆs tipos de
fobia, a acrofobia (medo de altura), claustrofobia (medo de lugares fechados) e medo de
11
dirigir, atrave´s de treˆs ambientes virtuais, elevador panoraˆmico, elevador convencional e
um tu´nel com tra´fico de carros, um ambiente desse sistema e´ mostrado na Figura 2.5, em
que aparece a visa˜o do usua´rio de dentro de um elevador panoˆramico [Wauke et al., 2004].
Figura 2.5: Ambiente Elevador Panoˆramico [Wauke et al., 2004]
2.9.4 Indu´stria
Segundo [Netto et al., 2002], na indu´stria a RV pode ser utilizada para:
• Desenvolver uma ergonomia funcional e confia´vel sem a necessidade de construir um
modelo em escala real;
• Projetar produtos que possuam design este´tico segundo as prefereˆncias de cada
cliente;
• Garantir que os equipamentos fabricados estejam dentro das normas estabelecidas
por o´rga˜os governamentais;
• Facilitar operac¸o˜es remotas e controle de equipamentos (tele-manufatura e tele-
robo´tica);
• Desenvolver e avaliar processos que assegurem a manufaturabilidade, sem produzir
de fato o produtoem escala comercial;
• Desenvolver planos de produc¸a˜o e itinera´rios e simular se esses esta˜o corretos;
• Educar empregados.
Um exemplo de aplicac¸a˜o da RV na indu´stria e´ na explorac¸a˜o e produc¸a˜o de petro´leo.
A Figura 2.6 descreve o projeto de uma plataforma de explorac¸a˜o de petro´leo em tempo
real [Kirner e Tori, 2004].
12
Figura 2.6: Projeto de uma plataforma de explorac¸a˜o de petro´leo [Kirner e Tori, 2004]
Na figura acima, e´ mostrada uma plataforma virtual de petro´leo no mar e uma interface
que controla a visa˜o da cameˆra, o usua´rio pode visualizar a plataforma de angloˆs diferentes.
2.9.5 Educac¸a˜o
A RV na educac¸a˜o vem ganhando um espac¸o cada vez maior, pois e´ vista como uma
forma motivadora de aprendizagem por va´rios motivos como, motivac¸a˜o do estudante,
ilustrac¸a˜o realista do que esta´ sendo estudado, desenvolvimento de experieˆncias, conhecer
lugares virtualmente que na˜o poderiam conhecer e interac¸a˜o com objetos que na˜o poderia
interagir no ambiente real, o que estimula o aluno a aprender [Silva et al., 2008].
Segundo [Pinho, 2000], as principais razo˜es para a utilizac¸a˜o de RV na educac¸a˜o sa˜o:
• Motivac¸a˜o dos estudantes;
• Meio de ilustrar caracter´ısticas e processos muito pro´ximo do real;
• Permite visualizar detalhes de objetos;
• Permite visualizac¸o˜es de objetos que esta˜o a grandes distaˆncias, como um planeta;
• Permite experimentos virtuais e interac¸a˜o nesses experimentos;
• Permite ao aluno refazer experimentos quantas vezes for necessa´rio;
13
• Porque oferecer interac¸a˜o, exige que cada aluno se torne ativo dentro de um processo
de visualizac¸a˜o;
• Proveˆ igual oportunidade de comunicac¸a˜o para estudantes de culturas diferentes;
• Ensina habilidades computacionais e de domı´nio de perife´ricos.
Um exemplo de aplicac¸a˜o da RV na educac¸a˜o e´ o projeto ScienceSpace, que ajuda
no estudo da f´ısica. Consiste em um laborato´rio de f´ısica com treˆs ambientes virtuais
[Tori et al., 2006]:
• NewtonWorld : ambiente que estuda os conceitos newtoniana da mecaˆnica;
• MaxwellWorld : estudo de fluxo ele´tricos e a lei de Gauss;
• PaulingWorld : estudo de grandes ou pequenas estruturas das mole´culas.
Esses ambientes sa˜o mostrados nas Figuras 2.7(a)(b)(c) respectivamente.
Figura 2.7: (a)Ambiente NewtonWorld ;(b) Ambiente MaxwellWorld ;(c) Ambiente Paul-
ingWorld [Tori et al., 2006]
14
Cap´ıtulo 3
Realidade Aumentada
Nos u´ltimos anos, com o avanc¸o tecno´logico dos recursos de multimı´dia e Realidade
Virtual (RV) a Realidade Aumentada (RA) tambe´m se beneficiou, tornando poss´ıvel
aplicac¸a˜o em grandes e pequenas plataformas.
A RA esta´ dentro de uma definic¸a˜o maior, a Realidade Misturada (RM), que e´ definida
como a mistura do mundo real com o virtual atrave´s da sobreposic¸a˜o de objetos virtuais
no ambiente real em tempo real [Tori et al., 2006].
A RM pode ser dividida em duas formas, a Virtualidade Aumentada(VA) que e´ a
introduc¸a˜o de objetos reais em cenas virtuais, e a Realidade Aumentada, que consiste em
inserir objetos virtuais no mundo real. O que diferencia a VA e RA e´ o grau de realidade
sobre o virtual [Duarte, 2006].
A RA possui diferentes definic¸o˜es, como:
• Uma parte da RM, onde ha´ predominaˆncia do real sobre o virtual;
• Aumenta o ambiente real com objetos virtuais em tempo real;
• Segundo [Milgram, 2004], e´ a mistura do mundo real com o mundo virtual em al-
gum ponto da realidade/virtualidade que conecta um mundo totalmente real com o
mundo totalmente virtual ;
• Melhora o ambiente real com objetos virtuais, imagens e textos gerados por com-
putadores [Insley, 2003];
• Para [Azuma, 2001] e´ uma melhora no ambiente real com objetos virtuais, dando
a sensac¸a˜o de existirem no mesmo espac¸o. Apresenta algumas propriedades como:
combinac¸a˜o dos objetos virtuais e reais no ambiente real, interac¸a˜o em tempo real,
alinhamento entre objetos reais e virtuais e atua sobre todos os sentidos humanos.
Um exemplo de RA e´ mostrado na Figura 3.1, onde o carro e o vaso de floˆr sa˜o virtuais.
15
Figura 3.1: Exemplo de RA [Kirner, 2008a]
3.1 Aspectos da RA
A RA utiliza tecnologias para aumentar a eficieˆncia dos usua´rios de realizarem alguma
tarefa, pois deixa o ambiente mais pro´ximo do real gerando imagens que misturam am-
biente real e objetos virtuais. Para conseguir isso, alguns aspectos importantes devem ser
considerados, como:
• Imagens do ambiente combinado de alta qualidade;
• Interac¸a˜o em tempo real;
• A calibrac¸a˜o dos objetos virtuais no ambiente real deve ser precisa [Tori et al., 2006].
Alguns recursos da RV sa˜o utilizados pela RA para gerac¸a˜o de objetos virtuais e
interac¸a˜o em tempo real e tambe´m recursos de multimı´dia, logo os computadores devem
possuir caracter´ısticas espec´ıficas para essas tecnologias, como processamento de imagens
3D e mı´dia, suporte a dispositivos convencionais e na˜o convencionais.
3.2 Tipos de RA
A divisa˜o da RA pode ser feita em dois grupos principais de acordo com a forma que
as imagens misturadas sa˜o visualizadas pelo usua´rio. Segundo [Tori et al., 2006], sa˜o eles:
• Visa˜o direta: quando o usua´rio veˆ o ambiente misturado diretamente nos olhos,
direcionando o olhar para a posic¸a˜o real, em cenas o´pticas ou por v´ıdeo.
16
• Visa˜o indireta: quando o usua´rio veˆ o ambiente misturado atrave´s de alguns dispo-
sitivos como monitores, na˜o alinhados nas posic¸o˜es reais do ambiente real.
Outra forma de classificar a RA e´ conforme a tecnologia de visualizac¸a˜o, consistindo
de quatro tipos:
• Sistemas de visa˜o o´ptica direta: a imagem real e as projec¸o˜es dos objetos virtuais de-
vidamente alinhados a` cena real e´ mostrada diretamente no olho do usua´rio atrave´s
de o´culos ou capacetes com lentes especiais. Um diagrama e´ mostrado na Figura
3.2, onde o rastreador manda informac¸o˜es para o gerador de cena que gera as ima-
gens gra´ficas e o monitor dos o´culos reproduzem as imagens virtuais sobrepostas ao
mundo real que e´ visto atrave´s das lentes do HMD.
Figura 3.2: Diagrama do Sistema de Visa˜o O´tica Direta [Duarte, 2006]
• Sistema de visa˜o direta por v´ıdeo: onde micro caˆmeras sa˜o colocadas no capacete
e captam as imagens reais que misturadas a objetos virtuais sa˜o mostradas direta-
mente ao usua´rio por pequenos monitores nos capacetes. Um diagrama e´ mostrado
na Figura 3.3, onde o mundo real e´ capturado por uma caˆmera e retransmitido para
um combinador de v´ıdeo, que reu´ne as cenas virtuais vindas do gerador de cenas com
as imagens do mundo real, combinando-as de forma que parec¸a um u´nico ambiente
e o resultado e´ mostrado nos monitores.
Figura 3.3: Diagrama do Sistema de Visa˜o Direta por Vı´deo [Duarte, 2006]
17
• Sistemas de visa˜o por v´ıdeo baseados em monitores: a imagem do ambiente real
e´ capturada atrave´s de uma webcan e enviada ao combinador, o rastreador envia
dados ao gerador de cena e os gra´ficos gerados sa˜o misturados ao ambiente real pelo
combinador e visualizados em um monitor. Um diagrama e´ mostrado na Figura 3.4.
Figura 3.4: Diagrama do Sistema de Visa˜o por Vı´deo Baseada em Monitores
[Duarte, 2006]
• Sistemas de visa˜o o´ptica por projec¸a˜o: sa˜o projetados os objetos virtuais em uma
superf´ıcie real e o conjunto e´ visualizado pelo usua´rio sem o aux´ılio de nenhum tipo
de dispositivo especial [Azuma, 1997].
3.3 Componentes de RA
Sa˜o divididas em dois tipos de componentes:
• Hardware: pode-se utilizar dispositivos de RV, principalmente dispositivos de ras-
treamento virtual que podem ser por meio de processamento de imagens ou visa˜o
computacional. O processamento principal deve ser de alta eficieˆncia para tratar
algumas ac¸o˜es em tempo real, sendo algumas delas: gerac¸a˜ode imagens misturadas,
rastreamento e outros [Tori et al., 2006];
• Software: e´ utilizado para a construc¸a˜o e execuc¸a˜o do sistema, e usado como fer-
ramenta de autoria auxilia na construc¸a˜o dos objetos virtuais e sua colocac¸a˜o no
ambiente real, alinhamento entre objetos virtuais desenvolvidos em algumas lingua-
gens ou bibliotecas, como VRML, OpenGL e outras. A biblioteca mais utilizada
para trabalhar com RA e´ o ARToolKit, criada por Dr. Hirokazu Kato, ela utiliza
de uma te´cnica de visualizac¸a˜o para calcular a posic¸a˜o e orientac¸a˜o da caˆmera com
relac¸a˜o aos carto˜es com s´ımbolos no mundo real que permite sobrepor os objetos vir-
tuais [Consularo et al., 2007]. Um exemplo de sua utilizac¸a˜o e´ mostrado na Figura
3.5.
18
Figura 3.5: Exemplo do ARToolKit [Kirner, 2008b]
3.4 Te´cnicas de interac¸a˜o e dispositivos de RA
As te´cnicas de interac¸a˜o da RA tentam utilizar o mı´nimo de dispositivos para que o
usua´rio tenha a sensac¸a˜o de estar no mundo real.
Algumas tendeˆncias atuais sa˜o os novos tipos de dispositivos visualizadores e interfaces
tang´ıveis [Azuma, 2001].
As interfaces tang´ıveis sa˜o dispositivos que mudam suas propriedades e func¸o˜es in-
fluenciadas por respostas do sistema [Housen et al., 2007], e sa˜o utilizados para manip-
ular dados digitais. Em RA uma maneira de conseguir esse tipo de interface e´ uti-
lizando o ARToolKit, que atrave´s de um carta˜o colocado na frente da caˆmera, objetos
virtuais sa˜o visualizados e de acordo com a manipulac¸a˜o do carta˜o o objeto se movimenta
[Poupyrev e Hirose, 2001].
Dentre os novos dispositivos, testados para interac¸a˜o em RA, temos os dispositivos
multinodais, que sa˜o utilizados para tornar a interac¸a˜o mais real. Esses dispositivos
utilizam va´rios modos de interac¸a˜o correspondentes aos cinco sentidos humanos. Um
exemplo desses dispositivos e´ encontrado no filme Minority Report, onde a interac¸a˜o com
o computador e´ realizado com gestos das ma˜os [Ina´cio, 2007].
Alguns dispositivos utilizados em RV podem ser adaptados para a RA, como monitores,
capacetes com visa˜o o´pticas direta, visa˜o de caˆmera de v´ıdeo e dispositivos de visualizac¸a˜o
de projec¸a˜o.
19
3.5 Comparac¸a˜o entre RV e RA
A RA pode ser comparada a RV das seguintes formas:
• A RV e´ totalmente gerada pelo computador, enquanto a RA melhora a realidade
com objetos virtuais;
• A sensac¸a˜o de imersa˜o e vizualizac¸a˜o na RV e´ controlada pelo sistema enquanto na
RA o usua´rio tem a sensac¸a˜o de presenc¸a no mundo real;
• Na RV, mecanismos sa˜o utilizados para colocar o usua´rio no mundo virtual, na RA,
os mecanismos sa˜o para misturar o mundo real com objetos virtuais [Bimber, 2004].
3.6 Aplicac¸o˜es de RA em algumas are´as
Na educac¸a˜o, a RA pode ser uma alternativa interessante para melhorar a forma de
ensino. Em [Ribeiro e Silva, 2007], um projeto para desenvolver um sistema utilizando
te´cnicas de RA para o ensino da Fotoss´ıntese esta´ sendo desenvolvido, buscando facilitar
o entendimento desse conteu´do de uma maneira interativa, ra´pida e que seja interessante
para o aluno. Na Figura 3.6 e´ apresentado a interface do sistema que mostra o processo
da fotoss´ıntese.
Figura 3.6: O processo de fotoss´ıntese [Ribeiro e Silva, 2007]
No jogos, muitas pesquisas esta˜o sendo realizadas para a introduc¸a˜o dessa tecnologia,
um exemplo e´ o projeto do jogo ARHockey. Esse projeto trata do desenvolvimento de um
jogo em RA com o uso de projetores, onde os jogadores interagem com o ambiente e a
plate´ia pode visualizar a partida [Vieira et al., 2007]. O jogo funcionando pode ser visto
na Figura 3.7.
20
Figura 3.7: O jogo ARHochey funcionando [Ribeiro e Silva, 2007]
Na arquitetura, um exemplo e´ o trabalho de estruturas internas de edificac¸o˜es em
RA, que apresenta ferramentas para a visualizac¸a˜o de estruturas arquitetoˆnicas baseado
em projetores. Essa ferramenta permite a visualizac¸a˜o, como uma Visa˜o de Raio X,
das estruturas internas das paredes projetadas em sua superf´ıcie [Miranda et al., 2007] e
mostrado na Figura 3.8.
Figura 3.8: O sistema funcionando na parede de uma casa [Miranda et al., 2007]
Na visualizac¸a˜o da informac¸a˜o, temos um projeto desenvolvido pela Universidade Fe-
deral de Uberlaˆndia para a visualizac¸a˜o de informac¸o˜es de dados multidimensionais que
foi implementado utilizando a biblioteca ARToolKit. Cada objeto virtual pode ser mani-
pulado pelo usua´rio e possui propriedades pro´prias [Zorzal et al., 2008].
21
Cap´ıtulo 4
Realidade Virtual no tratamento de
Fobia
Atualmente va´rias pessoas se confrontam com algum medo relacionado com algum
objeto ou situac¸a˜o. Estudos mostram que em cada dez pessoas, duas sa˜o predispostas a
apresentar algum tipo de fobia e que 60 a 85% das pessoas que apresentam esse mal na˜o
procuram ajuda, isso pelo medo de ficar frente ao objeto de sua fobia [Boralli et al., 2003].
Va´rias formas existem para o tratamento de fobia, desde medicamentos a psicoterapias.
Nesse contexto de tratamento, a RV e´ uma alternativa plaus´ıvel por apresentar va´rias
vantagens sobre tratamentos tradicionais, como seguranc¸a e baixo custo, ale´m de ser uma
alternativa nova que encoraja os pacientes a procurarem tratamento [Boralli et al., 2003].
A RA tambe´m pode ser utilizada no tratamento de fobia, um exemplo sera´ mostrado
na sec¸a˜o 4.4.
4.1 Fobia
A fobia pode ser definida como o medo incontrola´vel e persistente a um objeto, pessoa,
lugar, animal ou situac¸a˜o [Wauke et al., 2004] e pode causar uma ansiedade ate´ mesmo
se o paciente pensar no objeto de sua fobia.
A fobia causa algumas reac¸o˜es fisiolo´gicas nos indiv´ıduos, como taquicardia, falta de
ar, tontura, suadores, tremores, medo de morrer, medo de enlouquecer ou de perder o
controle, fuga e outros [Boralli et al., 2003]. Essas reac¸o˜es podem ser classificadas em treˆs
componentes, o verbal-cognitivo, o fisiolo´gico e o comportamental [Granado et al., 2005].
• Verbal-cognitivo: pensamentos negativos e preocupac¸a˜o, mudanc¸a no humor e culpa
que surge quando o paciente e´ exposto ao objeto fo´bico;
• Fisiolo´gico: respostas autonoˆmicas do paciente ao objeto fo´bico;
22
• Comportamental: refere-se a` fuga, o paciente evitar alguma atividade por causa da
fobia, por exemplo.
Essas fobias podem ser classificadas em treˆs tipos principais [Masci, 2009]:
• Fobia Espec´ıfica: mais comum, onde as pessoas apresentam medo de objetos, lu-
gares, situac¸o˜es, pessoas, etc;
• Fobia Social: medo de situac¸o˜es sociais, como de falar em pu´blico, dar uma palestra,
conserto ou ainda pode ser mais generalizada, como na˜o ir a lugares muito movi-
mentados ou simplesmente na˜o comer em pu´blico;
• Agorafobia: medo de esta´ em lugares pu´blicos sozinho, onde a pessoa teˆm a sensac¸a˜o
de estar em uma armadilha que na˜o consegue escapar e de ficar incapaz de cuidar-se
sem ajudar. Nesse tipo de fobia, as pessoas tendem a evitar lugares pu´blicos.
Existem mais de 500 tipos de fobias catalogadas [Boralli et al., 2003], sendo algumas
delas mostradas na Tabela 4.1.
Fobia Medo
Ofidiofobia Cobras
Acrofobia Altura
Aracnofobia Aranha
Asterofobia Trova˜o
Claustrofobia Lugares fechados
Nictofobia Escurida˜o
Androfobia Homem
Afania Perder a capacidade sexual
Gamofobia Casamento
Tabela 4.1: Tipos de Fobia [Boralli et al., 2003]
4.1.1 Tipos de tratamento de Fobias
Existem diferentes maneiras para o tratamento de fobias, onde o efeito de cada um
varia de paciente para paciente e o que dificulta mais esses tratamentos e´ a combinac¸a˜o
de va´rias fobias. Os treˆs tratamentos convencionais sa˜o: Terapia interoceptiva, Terapia
cognitiva e Terapia comportamental [Mauch, 1995].
A terapia interoceptiva fundamenta-se no controlede paciente com relac¸a˜o ao medo,
23
aprender a controlar os sintomas f´ısicos como falta de ar, palpitac¸o˜es entre outros. Nesse
tratamento, a fobia tende a diminuir ou ate´ mesmo desaparecer.
A terapia cognitiva e´ baseada na ridicularizac¸a˜o do medo, onde os pacientes refletem
sobre sua fobia, que na maioria das vezes na˜o possui fundamentos o que faz ele achar seu
medo sem fundamento.
A terapia comportamental e´ a ide´ia de o paciente ir se acostumando com o objeto de
sua fobia atrave´s da exposic¸a˜o do mesmo. Essa exposic¸a˜o e´ gradualmente aumentada ate´
o paciente na˜o temeˆ-la mais.
Dentro da terapia comportamental, existem duas te´cnicas, a exposic¸a˜o imaginativa
e a exposic¸a˜o in vivo. Na exposic¸a˜o imaginativa, o paciente deve imaginar o objeto ou
situac¸a˜o de sua fobia. Ja´ a exposic¸a˜o in vivo, o paciente e´ confrontado com o objeto ou
situac¸a˜o real de sua fobia [Wauke et al., 2004].
Outra forma de tratamento e´ a farmacoterapia, onde sa˜o utilizados medicamentos para
o controle da fobia e e´ recomendado no in´ıcio do tratamento para evitar crises de paˆnico
e por ter uma ac¸a˜o mais ra´pida [Wauke et al., 2004].
Outras te´cnicas para o tratamento de fobias esta˜o sendo desenvolvidas, e uma tec-
nologia que pode auxiliar muito no tratamento de fobias e a RV, que sera´ discutida a
seguir.
4.1.2 Aracnofobia
Umas das fobias espec´ıficas e´ a Aracnofobia, que e´ o medo irracional de aranhas. A
fobia de aranhas pode atrapalhar o cotidiano de uma pessoa, como especificar o local
para viver, limitar o lazer e passatempo. Um aracnofo´bico evita ir a lugares que pos-
sam se deparar com uma aranha como ir a fazenda, bosques, parques e outros lugares
[Carlin et al., 1998].
Todas as te´cnicas discutidas podem ser aplicadas no tratamento de Aracnofobia, in-
cluindo a RV, onde podem ser desenvolvidos ambientes virtuais que simulem as aranhas ou
objetos que as lembram, como uma teia de aranha. Alguns pesquisadores ja´ desenvolveram
projetos para o tratamento de aracnofobia, como pode ser visto em [Carlin et al., 1998],
que fez uma comparac¸a˜o entre tratamento convencional e a exposic¸a˜o a RV. Os resultados
desse trabalho mostrou que a RV pode ser eficaz no tratamento de Aracnofobia.
Na Universidade de Washington, pesquisadores desenvolveram um sistema para o
tratamento de aracnofobia, Spiderworld. Esse sistema e´ composto por ambientes vir-
tuais, primeiro uma cozinha onde a aranha aparece correndo, tambe´m um balde que ao
ser colocado no cha˜o, faz surgir uma aranha grande e por u´ltimo, o usua´rio tem que pe-
24
gar uma taraˆntula nas ma˜os. Os pesquisadores testaram o sistema em oito pessoas que
sofriam de aracnofobia. Os resultados foram satisfato´rios pois antes de serem expostos
ao sistema a maioria das pessoas era incapaz de chegar perto de uma aranha, e depois
conseguiram chegar a 15 cent´ımetros de distaˆncia dela [Hoffman, 2008].
Outros tratamentos tambe´m esta˜o sendo desenvolvidos, como o SLAT, onde o paciente
na˜o precisa visualizar nenhuma aranha. O aracnofo´bico instalara´ um programa onde va˜o
ser visualizadas algumas imagens preliminares, isso com a ajuda de um profissional. Apo´s
essa fase, uma apresentac¸a˜o individualizada e´ desenvolvida de acordo com o grau de stress
apresentado pelo paciente, e sera˜o assistidas duas vezes por dia. O paciente percebe a
melhora quando sua reac¸a˜o e´ diferente frente ao aracn´ıdeo [Pela´ez, 2008].
4.2 RV no tratamento de fobias
As te´cnicas de terapias comportamentais apresentadas anteriormente possuem algumas
desvantagens como a dificuldade do paciente em confrontar-se com a causa de sua fobia de
forma direta e tambe´m a imaginac¸a˜o na˜o ser suficiente para visualizar a cena ou objetos
fo´bicos.
Nesse caso, a utilizac¸a˜o da RV pode ajudar muito, onde ambientes virtuais sa˜o desen-
volvidos para simular situac¸o˜es reais temidas pelo paciente [Wauke et al., 2004].
Algumas vantagens na utilizac¸a˜o dessa tecnologia sa˜o [Boralli et al., 2003]:
• Seguranc¸a: por ser um tratamento realizado em um ambiente controlado, qualquer
alterac¸a˜o do paciente pode ser monitorada e a intensidade da exposic¸a˜o pode ser
diminu´ıda ou aumentada de acordo com a necessidade;
• Eficieˆncia: paciente com dificuldades de imaginar a situac¸a˜o ou objeto fo´bico e de
enfrentar essa situac¸a˜o real encontra na RV um me´todo eficiente, pois sera´ apresen-
tado a ele essa situac¸a˜o, sem a necessidade dele ter que imaginar;
• Tempo: o tempo de tratamento e´ reduzido consideravelmente comparado com te´cnicas
convencionais;
• Custo: o custo de tratamentos com RV e´ menor que em te´cnicas convencionais, pois
os custos de deslocamentos para o ambiente real causador da fobia podem ser altos
como no caso da fobia de avia˜o. Na RV, o tratamento e´ realizado no consulto´rio e
o custo dos aparelhos utilizados e´ compensado pelo tempo de sua utilizac¸a˜o;
• Receptividade: os pacientes sa˜o mais receptivos a esse tipo de tratamento por se
sentirem protegidos no consulto´rio;
25
• Controle do ambiente: num ambiente real, va´rias situac¸o˜es inesperadas podem ocor-
rer, dificultando o tratamento. Ja´ em ambientes virtuais, o terapeuta tem total con-
trole e pode diminuir ou aumentar a exposic¸a˜o de acordo com as reac¸o˜es do paciente
que sa˜o monitoradas pelo sistema;
• Confideˆncias: o tratamento e´ confidencial, evitando assim constrangimentos em
pu´blico, o que poderia ocorrer na exposic¸a˜o in vivo;
• Convenieˆncia: o tratamento e´ mais conveniente para o paciente e tambe´m para o
terapeuta, pois os aparelhos ficam no pro´prio consulto´rio, evitando deslocamentos
que podem ser estressantes e incoˆmodos para o paciente.
A maioria dos projetos nessa a´rea e´ desenvolvida para o tratamento de fobias es-
pec´ıficas e dois trabalhos desenvolvidos sera˜o apresentados a seguir.
4.3 Aplicac¸o˜es de RV no tratamento de fobias
Uma aplicac¸a˜o da RV no tratamento de fobia e´ o VESUP, que consiste em treˆs am-
bientes virtuais: Elevador Panoraˆmico, Elevador Convencional e Tu´nel, que mostram
situac¸o˜es reais que causam fobia em algumas pessoas. Os ambientes possuem uma tecla
de sa´ıda de emergeˆncia, no caso desse trabalho o link EM, caso o indiv´ıduo na˜o se sinta
bem realizando a tarefa. Sa˜o colocados sons para tornar os ambientes mais reais. O am-
biente do elevador convencional trabalha com pessoas clautrofo´bicas, o quanto a`s pessoas
consegue permanecer nesse ambiente [Wauke et al., 2004].
A Figura 4.1(a) mostra o ambiente do Elevador Panoraˆmico, que mostra a visa˜o de
dentro de um elevador, que sobe de uma andar para outro mais alto, esse ambiente e´ para
o tratamento de acrofobia (medo de altura). Nas Figuras 4.1(b)(c) sa˜o descritos outros
ambiente desse trabalho, o Tu´nel, que primeiro apresenta um tu´nel livre, sem carros, que
passar a um tu´nel com engarrafamento, esse ambiente tem o enfoque no tratamento de
medo de dirigir.
26
Figura 4.1: (a)Ambiente Elevador Panoˆramico; (b)Ambiente Tu´nel livre de traˆnsito;
(c)Ambiente Tu´nel engarrafado [Wauke et al., 2004]
Outro projeto e´ o desenvolvimento de interface para criac¸a˜o de rotas virtuais, que uti-
liza RV para o tratamento de medo de dirigir. Nesse sistema, o psico´logo pode criar rotas
espec´ıficas para cada tipo de paciente atrave´s de interfaces. Nessas interfaces, podem-se
definir como sera˜o essas rotas, como tipos e condic¸o˜es das ruas, casas, pontes entre outros.
Tambe´m podem definir aspectos externos, como clima, quantidade de trafe´go e pedestres.
Figura 4.2, mostra a visa˜o ae´rea de uma rota definida [Paiva et al., 2007].
Figura 4.2: Ambiente de uma rota definida, visa˜o ae´rea [Paiva et al., 2007]
4.4 Aplicac¸a˜o de RA no tratamento de fobias
Uma aplicac¸a˜o de RA no tratamentode fobia e´ o Sistema de RA para tratamento de
animais pequenos, como baratas e ratos. O sistema utiliza o HDM com visa˜o de infra
vermelho para a visualizac¸a˜o do ambiente com o marcador, que neste caso, e´ invis´ıvel
para o usua´rio [Juan et al., 2009].
O sistema com as baratas funciona da seguinte maneira:
27
• O sistema e´ iniciado e na˜o aparece nenhuma barata;
• Apo´s um tempo, as baratas aparecem;
• O usua´rio pode definir a quantidade de baratas e o tamanho delas.
Nas Figuras 4.3(a)(b) e´ mostrado esse sistema funcionando.
Figura 4.3: (a)Sistema inicializado; (b)Sistema com as baratas [Juan et al., 2009]
28
Cap´ıtulo 5
Me´todos/Materiais e Arquitetura do
Sistema
A modelagem de objetos e ambientes virtuais e´ poss´ıvel por meio da utilizac¸a˜o de pri-
mitivas como cubos, cones, cilindros e esferas, que aliadas ao uso de texturas e animac¸o˜es,
tornam estes mais real´ısticos.
Para implementac¸a˜o destes objetos e ambientes, a linguagem VRML (Virtual Reality
Modeling Language) pode ser utilizada. Uma outra forma de se modelar objetos 3D e´
fazer uso de softwares como por exemplo Blender, VizX3D, CosmoWords, 3DStudio, que
podem exportar para a linguagem VRML. A VRML e´ ligada a outras tecnologias, um
exemplo e´ a Realidade Aumentada, pois os objetos virtuais que sera˜o sobrepostos no
ambiente real devem ser implementados em algum ambiente virtual.
Para se obter um ambiente com RA pode-se utilizar uma biblioteca chamada ARToolKit,
que utiliza visa˜o computacional para sobrepor os objetos virtuais em carto˜es chamados
marcadores, modificando assim o ambiente real.
Desse modo, os sistemas de RA utilizam duas tecnologias, o desenvolvimento de obje-
tos virtuais e as te´cnicas de posicionamento desses objetos no mundo real.
O sistema proposto nesse trabalho e´ constitu´ıdo por treˆs fases, duas relacionadas
com o desenvolvimento do sistema, que sa˜o modelagem dos objetos virtuais e coloca´-los,
alinha´-los e visualiza´-los no ambiente real, e a ultima fase, que e´ o teste desse sistema.
As pro´ximas sec¸o˜es ira˜o abordar as tecnologias, softwares e hardware, utilizadas para
desenvolver o sistema, a descric¸a˜o do teste que foi realizado, e a arquitetura do sistema.
29
5.1 Tecnologias utilizadas
Para o desenvolvimento da parte de RA do sistema foi utilizada o ARToolKit e para
desenvolver os objetos virtuais forma utilizados o software Blender e a linguagem VRML.
5.1.1 Biblioteca ARToolKit
O ARToolKit e´ uma biblioteca de desenvolvimento de RA multiplataforma, e oferece
rastreamento 3D em tempo real, com um custo computacional baixo. Ale´m disso, e´ uma
ferramenta gratuita para fins na˜o comerciais sob a licenc¸a GPL (General Public License),
o que aumenta sua popularidade [Santin e Kirner, 2008].
Ela foi criada pela Universidade de Osaka no Japa˜o pelo Dr. Hirokazu Kato, que pos-
teriormente foi aperfeic¸oada pelo Laborato´rio de Tecnologias de Interface com Humanos
nas Universidades de Washington (EUA) e Canterbury (Nova Zelaˆndia), com o objetivo
de melhorar o desenvolvimento de sistemas RA. [Duarte, 2006].
Essa biblioteca utiliza marcadores que sa˜o figuras geome´tricas quadradas desenhadas
em preto e branco em um papel. E´ desenhado um quadrado preto e no interior uma figura
para identifica´-lo. A Figura 5.1 conte´m um exemplo de um marcador.
Figura 5.1: Exemplo de um marcador [Cipriano e Bila, 2007]
O ARToolKit funciona das seguinte maneira:
• Como primeiro passo, a imagem e´ capturada, como mostra a Figura 5.2, e transfor-
mada em imagem bina´ria com base no valor limiar de intensidade (Figura 5.3);
30
Figura 5.2: Imagem Capturada [Consularo et al., 2007]
Figura 5.3: Imagem Bina´ria [Consularo et al., 2007]
• Apo´s essa etapa, o sistema busca todos os quadrados da imagem bina´ria, sele-
cionando os quadrados que fazem parte do marcador. A imagem dentro de cada
quadrado e´ comparada com os gabaritos ja´ cadastrados, se existir alguma semel-
hanc¸a entre eles, o sistema considera encontrado um marcador [Cardoso e Lamounier, 2004];
• O ARToolKit utiliza o tamanho do quadrado e a orientac¸a˜o da imagem encontrada
para calcular a posic¸a˜o real da caˆmera com relac¸a˜o a posic¸a˜o real do marcador.
Em uma matriz 3 por 4 sa˜o armazenados a posic¸a˜o real da caˆmera com relac¸a˜o ao
marcador, essa matriz e´ usada para calcular as coordenadas da caˆmera virtual. Se
as coordenadas reais e coordenadas virtuais sa˜o iguais, enta˜o o objeto virtual pode
ser desenhado sobre o marcador real, como mostra a Figura 5.4.
31
Figura 5.4: Cubo sobreposto ao marcador [Consularo et al., 2007]
Para desenvolver uma aplicac¸a˜o utilizando o ARToolKit, sa˜o necessa´rias duas etapas,
a primeira e´ escrever a aplicac¸a˜o e depois treinar as rotinas de processamento de imagem
dos marcadores que sera˜o utilizados [Consularo et al., 2007].
Para desenvolver aplicac¸o˜es no ARToolKit, os seguintes passos devem ser seguidos:
1◦ Passo:
• Inicializar o caminho dos paraˆmetros de v´ıdeo;
• Ler os arquivos de padro˜es de marcadores;
• Ler os paraˆmetros de caˆmera.
2◦ Passo:
• Capturar um quadro de entrada de v´ıdeo.
3◦ Passo:
• Detectar os marcadores e reconhecer os padro˜es no quadro capturado da entrada de
v´ıdeo.
4◦ Passo:
• Calcular a transformac¸a˜o da caˆmera em relac¸a˜o aos padro˜es detectados.
5◦ Passo:
• Desenhar os objetos virtuais nos padro˜es detectados.
6◦ Passo:
32
• Fechar a entrada de v´ıdeo.
Os passos 2 ate´ o 5 sa˜o repetidos enquanto a aplicac¸a˜o estiver sendo executada, en-
quanto os passos 1 e 6 sa˜o executados somente uma vez, na inicializac¸a˜o e na finalizac¸a˜o
respectivamente [Duarte, 2006].
A versa˜o utilizada para desenvolver este trabalho foi a biblioteca ARToolKit 2.65
desenvolvida na linguagem C++. Esta foi utilizada pois os objetos virtuais foram gerados
atrave´s da linguagem VRML, e essa versa˜o oferece suporte a esta linguagem atrave´s da
biblioteca OpenVRML.
5.1.2 Software Blender e Linguagem VRML
O Blender e´ um software livre para modelagem 3D sob a licenc¸a GNU-GPL, o que per-
mite qualquer usua´rio ter acesso ao co´digo fonte e fazer melhorias, contando que disponi-
bilize essas melhorias a toda comunidade. Esse software permite a criac¸a˜o de objetos 3D,
animac¸a˜o, criac¸a˜o de jogos e v´ıdeos [Brito, 2008], e foi utilizado para a modelagem das
aranhas virtuais assim como a linguagem VRML.
A linguagem VRML (Virtual Reality Modeling Language) e´ considerada como uma lin-
guagem de alto n´ıvel para desenvolvimento de ambientes virtuais e interativos, isto e´, mod-
elar objetos e mundos virtuais e poder interagir com os mesmos [Bramorski e Marques, 1998].
E´ uma linguagem independente de plataforma, interpretada e de alto n´ıvel por isso, tanto
as formas textuais como os objetos tridimensionais podem ser inseridos como informac¸o˜es
em uma cena de ambiente real. O desenvolvimento de ambientes real´ısticos, interac¸a˜o di-
reta com o usua´rio atrave´s de interpoladores e sensores, animac¸a˜o e prototipac¸a˜o (encap-
sular informac¸o˜es de maneira a criar no´s novos) sa˜o algumas caracter´ısticas importantes
dessa linguagem [Duarte, 2006].
Algumas estruturas importantes dessa linguagem sa˜o as unidades de medidas: radianos
para aˆngulos, metros para tamanho e o sistema de cor e´ o RGB (Red, Green e Blue) com
valores normalizados entre zero e um. As coordenadas seguem o sistema cartesiano, como
mostra a Figura 5.6:
Figura 5.5: Coordenadas adotada pela VRML [Traima e Ferreira, 2009].
As primitivas em VRML sa˜o: so´lidos como o cilindro, cubo, cone e esferas. Um
33
componente pouco utilizado nessa linguagem e´ o textual.
Segundo [Fosse, 2004], a construc¸a˜o de mundos virtuais e´ baseada em estruturas de
no´s, que sa˜oabstrac¸o˜es dos objetos reais como figuras geome´tricas, iluminac¸a˜o, som e
movimentos. Esses no´s sa˜o organizados em uma estrutura hiera´rquica de a´rvore chamada
de scene graphs.
Os principais tipos de no´s sa˜o:
• No´ de Apareˆncia: determina a apareˆncia do objeto, como material e textura;
• No´ de geometria: define as primitivas geome´tricas ou estruturas mais complexas;
• No´ de Agrupamento: juntam va´rios objetos, e as transformac¸o˜es realizadas aplicam-
se em todos os no´s pertencentes a esse grupo [Fosse, 2004].
Ale´m desses no´s principais, existem outros como o no´ da caˆmera que determina a visa˜o
do usua´rio e o no´ de iluminac¸a˜o, que define a luz do ambiente.
Segundo [Cardoso e Lamounier, 2004], um arquivo VRML caracteriza-se por quatros
elementos importantes:
• Header : cabec¸alho, que consiste em VRML V2.0 utf8;
• Prototypes : classes de objetos que sa˜o definidas e podem ser utilizados na mode-
lagem do ambiente;
• Shapes, Interpolators, Sensors, Scripts : define o ambiente a ser desenvolvido e como
sera˜o mostradas no navegador;
• Routes : rotas que conte´m a troca de mensagem entre os no´s.
Atrave´s das rotas sa˜o definidos os eventos, que e´ a troca de mensagem do no´ gerador
com o no´ receptor, e essa troca de mensagem gera mudanc¸as nos valores dos campos,
como mudanc¸a de cor, rotac¸a˜o, translac¸a˜o e outros.
Para gerar as aranhas virtuais foram utilizados o software Blender versa˜o 2.49, pois
oferece a opc¸a˜o de exportar para VRML, gerando um arquivo .wrl e a linguagem VRML
2.0 ou VRML 97, pois oferece conceito de RV e por ser uma linguagem muito usada para
desenvolvimento de objetos 3D.
5.2 Local e Hardware
A implementac¸a˜o deste sistema, assim como os testes aplicados ao pu´blico, foram rea-
lizados no laborato´rio de pesquisa do pre´dio do Departamento de Cieˆncia da Computac¸a˜o
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do Campus Catala˜o da Universidade Federal de Goia´s (Bloco J).
A ma´quina utilizada para a renderizac¸a˜o das aranhas virtuais e a apresentac¸a˜o das
mesmas na tela misturada com o ambiente real e a realizac¸a˜o dos testes foi fabricado por
Itautec SA e conte´m CPU da Intel 1.6 GHz, 504 de me´moria RAM, uma placa de v´ıdeo
de 256 Mb e Sistema Operacional presente e´ o Windows XP professional versa˜o 2002.
Para captura das imagens do ambiente real foi utilizada uma webCan Dlink. A luz
ambiente e´ gerada por um conjunto de 8 laˆmpadas fluorescentes (calhas) e a luz natural
do ambiente.
5.3 Testes
5.3.1 Pu´blico Alvo
O teste foi realizado em um grupo de 17 pessoas, com uma faixa de idade de 18 a 25
anos, Universita´rios e funciona´rios da Universidade Federal de Goia´s de va´rios cursos e
pessoas da comunidade. Todas as pessoas nunca procuram me´dicos ou tratamento para
fobia.
O recrutamento das pessoas foi atrave´s de convite e foi perguntado se possui ou na˜o
medo de aranha para ser colocado em seu respectivo grupo de estudo.
5.3.2 Procedimento
O teste proposto pelo professor do Deparatamento de Psicologia da UFG tem como
objetivo verificar o efeito da exposic¸a˜o do sistema no desempenho de uma tarefa, a ana´lise
foi por meio de questiona´rios e uma entrevista, que foram submetidos e aprovados pelo
comiteˆ de e´tica da Universidade Federal de Goia´s e podem ser vistos no apeˆndice A
Cap´ıtulos A1 e A2, e a seguir sera´ descrito o procedimento realizado.
Um grupo de dezessete pessoas foi recrutado para realizar o teste, onde todos assinaram
um TCLE (Termo de consentimento livre e esclarecido), que pode ser visto no apeˆndice
A Cap´ıtulo A3. Neste grupo existiam pessoas com medo de aranha, pessoas com uma
pequena aversa˜o e outras que na˜o apresentaram nenhum medo. O grupo foi dividido em
treˆs, como segue:
• 1◦ grupo: Na˜o sera´ exposto ao sistema, apenas realizara´ as tarefas propostas. Este
sera´ chamado de grupo experimental 1;
• 2◦ grupo: Sera´ exposto ao sistema com duas fotos de aranhas, chamado grupo
experimental 2;
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• 3◦ grupo: Sera´ exposto ao sistema com oito aranhas virtuais, e sera´ chamado grupo
experimental 3.
O procedimento seguido no grupo experimental 1 e´:
• Fase 1: o indiv´ıduo realiza a tarefa proposta 1 e responde o questiona´rio e a entre-
vista;
• Fase 2: o indiv´ıduo realiza a tarefa proposta 2 e responde o questiona´rio e a entre-
vista;
• Fase 3: o indiv´ıduo realiza a tarefa proposta 3 e responde o questiona´rio e a entre-
vista.
O procedimento seguido pelos grupo experimental 1 e 2 possui uma linha de base, que
funciona da seguinte maneira:
• Fase 1: o indiv´ıduo realiza a tarefa proposta 1 sem a exposic¸a˜o ao sistema, e sera´
aplicado o questiona´rio e realizada a entrevista;
• Fase 2: o indiv´ıduo realiza a tarefa proposta 2 com a exposic¸a˜o ao sistema, e sera´
aplicado o questiona´rio e realizada a entrevista;
• Fase 3: o indiv´ıduo realiza a tarefa proposta 3 sem a exposic¸a˜o ao sistema, e sera´
aplicado o questiona´rio e realizada a entrevista.
A tarefa proposta ao sujeito da pesquisa e´ racioc´ınio. Em cada etapa, treˆs sequeˆncias
de figuras foram apresentadas ao sujeito, que devera´ coloca´-las em uma ordem lo´gica
correta. Exemplos dessas sequeˆncias esta˜o no apeˆndice A Cap´ıtulo A4.
Os dados coletados foram analizados e os resultados sa˜o apresentados no Cap´ıtulo 7.
5.4 Arquitetura do Sistema
5.4.1 Requisitos do sistema
Os requisitos funcionais do sistema sa˜o:
• Inserir uma aranha de cada vez: pressionando a tecla “+” do teclado, o sistema
mostrara´ uma aranha sobre o marcador respectivo;
• Inserir todas as aranha: pressionando a tecla “t” do teclado, o sistema mostrara´
todas as aranha sobre os marcadores respectivos;
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• Remover uma aranha de cada vez: pressionando a tecla “-” do teclado, o sistema
removera´ uma aranha;
• Remover todas as aranha: pressionando a tecla “n” do teclado, o sistema removera´
todas as aranhas;
• Finalizar o sistema: pressionando a tecla “Esc” do teclado, o sistema sera´ finalizado.
Os requisitos na˜o funcionais do sistema sa˜o:
• Usabilidade: o sistema devera´ ser de fa´cil entendimento para o usua´rio;
• O sistema e´ executado sobre o sistema operacional Windows.
5.4.2 Diagrama de caso de uso
Algumas informac¸o˜es sobre os casos de uso sa˜o:
• Inserir uma aranha de cada vez: o ator inseri na imagem capturada uma aranha de
cada vez;
• Inserir todas as aranha: o ator inseri na imagem capturada todas as aranhas;
• Remover uma aranha de cada vez: o ator remove da imagem capturada uma aranha
de cada vez;
• Remover todas as aranha: o ator remove da imagem capturada todas as aranhas.
O diagrama de caso de uso e´ mostrado na Figura 5.6.
Figura 5.6: Diagrama de caso de uso do sistema
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5.4.3 Diagrama de Classe
O sistema para aux´ılio de tratamento de Aracnofobia e composto por uma classe
chamada Main que e´ responsa´vel por capturar a imagem, realizar o processamento dela,
inserir e remover as aranhas virtuais.
A classe Main possui como me´todos: InseriAranha (inseri uma aranha de cada vez
na imagem), InseriTodasAranhas (inseri todas as aranhas na imagem), RemoverAranha
(remove uma aranha de cada vez da imagem) e RemoveTodasAranhas (revome todas as
aranhas da imagem).
O diagrama dessa classe e´ mostrado na Figura 5.7.
Figura 5.7: Diagrama de classe do sistema
5.4.4 Diagramas de Sequeˆncia
Nos diagramas de sequeˆncias sa˜o mostrados a interac¸a˜o do usua´rio com as func¸o˜es do
sistema, sa˜o eles:
• Diagrama de sequeˆncia da func¸a˜o InseriAranha e´ mostrado na Figura 5.8(a);
• Diagrama de sequeˆncia da func¸a˜o InseriTodasAranhas e´ mostrado na Figura 5.8(b);
• Diagrama de sequeˆncia da func¸a˜o RemoveAranha e´ mostrado na Figura 5.9(a);
• Diagrama de sequeˆncia da func¸a˜o RemoveTodasAranhas e´ mostrado na Figura
5.9(b);
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Figura 5.8: Diagrama de sequeˆncia: