O treinamento de procedimentos médicos invasivos na etapa pré-clínica é um grande desafio educacional. A abordagem tradicional, com animais e cadáveres, apresenta problemas éticos e práticos. Uma solução promissora é a utilização de realidade virtual (RV), que permite simulações realistas de baixo custo, receptibilidade e feedback em tempo real. Tal constatação motivou o desenvolvimento do ambiente VIDA Odonto, o qual utiliza tecnologias avançadas de RV, modelagem realista do paciente e interação imersiva tridimensional. O protótipo desenvolvido, do módulo do ambiente virtual desse sistema, foi testado e avaliado por profissionais com experiência na prática clínica e principiantes, demonstrando a viabilidade de se tornar um recurso educacional relevante em cursos de odontologia. O Projeto VIDA Odonto atualmente é desenvolvido no Interlab/USP e conta com financiamento da FAPESP e colaboração do LApIS (EACH/USP) e do LaSIT(FOB/USP).

Palavras-chaves: Interação 3D, Realidade Virtual, Treinamento odontológico.

Romero Tori, Gustavo Ziyu Wang, Lucas Henna Sallaberry, Allan Amaral Tori, Elen Collaço de Oliveira e Maria Ap. de A. M. Machado.

Poster do projeto: Vida Odonto.

Realidade virtual e realidade aumentada são usadas na produção de complexos ambientes virtuais, utilizando-se de dispositivos de entrada e de saída não triviais, para fornecer aos usuários, sensação de imersão em mundos sintéticos de tempo real. O desenvolvimento de aplicações que envolvem realidade virtual e realidade aumentada, normalmente é caracterizado como projeto complexo de alto custo, pois envolvem várias áreas de conhecimento. Assim, é de fundamental importância que se pesquise e desenvolva métodos e técnicas que viabilizem o reuso de artefatos de software com o objetivo de redução de custos e prazo de entrega e aumento da qualidade dos softwares produzidos. Nesse cenário o reuso de software não é uma alternativa, e sim, uma necessidade para viabilizar seu desenvolvimento. Em função de tais necessidades, esse trabalho apresenta um estudo das principais abordagens de reuso de software, concentrando-se em duas delas, o desenvolvimento baseado em componentes e o desenvolvimento orientado a serviços. Em linhas gerais, a pesquisa evidenciou o alto percentual de trabalhos que usam a abordagem de desenvolvimento baseado em componentes, para a obtenção de reuso de artefatos de software em aplicações de realidade virtual e aumentada. Foi observado em cerca de 80% dos trabalhos, evidenciando a forte adoção de componentes como forma de distribuição, flexibilidade e reuso de elementos de software. Também mostrou que a abordagem de orientação a serviços, foi identificada em um percentual expressivo, aproximadamente 40%. Contudo, os trabalhos que apresentaram tal abordagem, não são aderentes aos preceitos da computação orientada a serviços. A grande maioria relaciona serviços com funcionalidades que determinados artefatos de software expõem, mas não como paradigma de desenvolvimento orientado a serviços. O objetivo é produzir um modelo arquitetural de uma plataforma de produção e compartilhamento de componentes de software para aplicações que envolvam realidade virtual e aumentada. O modelo arquitetural lógico proposto reúne os paradigmas de desenvolvimento baseado em componentes, computação orientada a serviços e computação em nuvem com o objetivo de produzir uma plataforma de produção e execução de aplicações de realidade virtual e aumentada de forma colaborativa na nuvem. A arquitetura proposta será validada por meio de duas estratégias. A primeira validação será feita por meio de um método formal de validação de arquitetura de software, denominado de Achitecture Tradeoff Analysis Method (ATAM). A segunda, por meio do desenvolvimento de um projeto piloto para estabelecer as provas de conceitos e testes dos componentes chaves da plataforma proposta.

Palavras-chave: Realidade Virtual, Realidade Aumentada, Reuso, Desenvolvimento Baseado em Componente, Computação Orientada a Serviço e Computação em Nuvem.

Evandro César Freiberger e Romero Tori.

Apesar do forte crescimento da Educação a Distância no Brasil (EaD) e no mundo, tanto a EaD como a educação presencial, ainda não possuem uma ferramenta que forneça para o professor, em tempo real, informações sobre a percepção (interpretação significativa) dos alunos a respeito de uma atividade em desenvolvimento. A percepção de presença (PP, abreviação de telepresença), definida como ilusão perceptiva de não mediação, pode ser utilizada como um indicador de atenção e engajamento, visto que elas se relacionam. O método mais utilizado para a avaliação da PP faz uso de questionários aplicados aos sujeitos, após a experiência. Além de não fornecer informações em tempo real este método sofre muita influência de ruídos advindos tanto dos sujeitos submetidos ao experimento como dos avaliadores dos questionários. Os métodos mais efetivos para a avaliação da PP, em tempo real, fazem uso dos sinais fisiológicos como batimento cardíaco, eletrocardiograma, eletroencefalograma, resistividade e humidade da pele, pois estes sinais variam independentemente da vontade dos sujeitos. Os sinais fisiológicos, no entanto, só variam de forma significativa em situações de stress, inviabilizando sua utilização em atividades normais de ensino. Outra forma de avaliar a PP é utilizar sistemas de rastreamento do olhar. Sistemas de rastreamento do olhar são estudados e desenvolvidos desde o século 19. Esses sistemas fornecem um mapeamento do movimento dos olhos e além de indicar para onde os sujeitos estão olhando podem também monitorar a dilatação da pupila e as piscadas. Atualmente os sistemas de rastreamento do olhar são compostos por hardware e software e a principal dificuldade para a ampla utilização desses equipamentos é o alto custo do hardware. Para contornar o alto valor do hardware de rastreamento do olhar está em desenvolvimento, no Interlab, um hardware de baixo custo. Da mesma forma que os sinais fisiológicos o movimento dos olhos acontece independentemente da vontade do sujeito e não ocorre de forma suave e contínua, mas em sacadas e paradas. Sacadas são movimentos rápidos com duração de 20 a 100 ms e fixações são paradas com duração de 100 a 400 ms. Quando se olha para uma cena (um quadro por exemplo), nosso cérebro determina regiões de interesse na cena e utiliza as sacadas para focar o olhar nessas regiões e as fixações para captar as informações, os olhos captam apenas pequenas regiões da cena, ficando a cargo do cérebro a construção e interpretação da cena. Estudos relacionam o movimento dos olhos com o comportamento, a percepção e a cognição. Recentemente foi demonstrado que a entropia condicional do movimento dos olhos tem relação com a PP em um cenário tridimensional estático. Quanto maior for a entropia condicional do movimento, menor será a PP. Tomando como base a relação entre PP e a entropia condicional do movimento dos olhos, será desenvolvido um método que seja capaz de indicar, quantitativamente e em tempo real, um valor para a PP com utilização de rastreamento do olhar em uma atividade de ensino (presencial ou a distância) que tenha estímulos visuais e sonoros.

Palavras chave: percepção de presença, atenção, engajamento, ensino, avaliação quantitativa e rastreamento do olhar.

Fábio Martins do Carmo e Romero Tori.

Este trabalho é um estudo sequencial sobre o desenvolvimento e a viabilidade da aplicação de mundos virtuais tridimensionais como interfaces alternativas de acesso a Sistemas de Gestão de Aprendizagem (Learning Management Systems – LMSs). Tecnologias de Informação e Comunicação (TICs), utilizadas em LMSs, e tecnologias de Realidade Virtual (RV), utilizadas em Mundos Virtuais 3D (MV3D), são discutidas com escopo no desenvolvimento e aplicação dessas em processos de ensino-aprendizagem. O projeto Ae-3D, relacionado a este trabalho, também é discutido, a fim de analisar-se a proposta de um modelo que realiza a integração entre o MV3D Second LifeTM (SL) e o LMS Tidia-Ae. Assim, a pesquisa aqui descrita delineia-se como continuação e aprimoramento do projeto Ae-3D e sugere uma alternativa para a construção de mundos virtuais, que permita o mapeamento das funcionalidades do LMS e possibilite maior controle sobre os componentes do sistema híbrido. Esta alternativa se materializa em uma plataforma de código aberto que possui recursos e características não distantes dos oferecidos pelo SL. Como prova de conceito foi implementado um módulo de software que conecta a plataforma de MV3D OpenSimulator ao LMS Tidia-Ae, possibilitando a interoperabilidade entre os sistemas, independente do servidor onde é executado o LMS. Este módulo permite que as funcionalidades do LMS possam ser modeladas de diferentes maneiras, o que é descrito no mapeamento realizado pelo projeto Open Ae-3D. O ambiente resultante funciona como uma interface 3D de acesso aos recursos e funcionalidades do LMS. Este estudo teve como preceitos que educadores e designers instrucionais não precisem se preocupar em aprender um novo ambiente, podendo continuar a utilizar o LMS convencional, enquanto que os estudantes interessados podem entrar e participar das atividades on-line, usando essa nova interface. Esta integração de tecnologias procura disponibilizar a interatividade propiciada pelos ambientes 3D imersivos e aproveitar o conhecimento, habilidades e experiência adquiridos pelos educadores, durante a implantação e uso dos sistemas de aprendizagem eletrônicos.

Palavras-chave: Ensino por Computador, Realidade Virtual, Educação a Distância, Integração de Tecnologias.

Eunice P. Santos Nunes e Fatima L. S. Nunes.

Muitos pesquisadores têm defendido que sistemas de Realidade Virtual (RV) e Realidade Aumentada (RA) são tendências na área de treinamento educacional. Isso porque os sistemas de RV e RA oferecem oportunidades para experiências imersivas e não imersivas, contextos e atividades realistas para o aprendizado experimental, simulações para treinamento, modelagem de cenários complexos, e a colaboração de múltiplos usuários interagindo entre si dentro do mesmo mundo virtual. Aplicações de RV e RA são encontradas em larga escala em sistemas de treinamento virtual tridimensional nos mais diversos campos de conhecimento, como Medicina, Engenharias, Indústria, Ciências e Matemática, entre outras. Dessa forma, com a popularização dos Ambientes Virtuais de Aprendizagem Tridimensionais (AVAs 3D) a partir de simulações de situações reais, o processo de aquisição de conhecimento (cognição) dos estudantes nos AVAs 3D tem sido alvo de pesquisas a fim de que tal aspecto seja considerado desde a fase de concepção desses Ambientes Virtuais. Em geral, as pesquisas direcionadas para avaliar a aplicação de AVAs 3D em atividades de aprendizagem têm identificado nos participantes do ambiente engajamento e motivação, entre outros aspectos positivos. No entanto, estudos têm demonstrado que atualmente existem muitas pesquisas relacionadas à temática de AVAs 3D, mas ainda incipientes do ponto de vista de avaliação da aquisição de conhecimento do aprendiz. Dessa forma há uma lacuna a ser preenchida, ao se estudar a avaliação da aquisição de conhecimento por meio de AVAs 3D, a fim de prover modelos e ferramentas de avaliação que possibilitem a avaliação da aprendizagem por pesquisadores da área educacional que fazem uso deste tipo de ambiente virtual. Considerando este cenário, o objetivo principal deste trabalho visa a estabelecer um Método de Avaliação da Aprendizagem em AVAs 3D, sob a ótica das Teorias Cognitivas, como forma de viabilizar experimentos que busquem verificar como e em que medida os AVAs 3D colaboram com o processo de obtenção de conhecimento. Sendo assim, inicialmente foi verificado o processo de aquisição de conhecimento nos Ambientes Virtuais de Aprendizagem, considerando o paradigma tridimensional, como também os métodos existentes para avaliar se ocorre de fato esta aquisição de conhecimento e em que grau ela ocorre. A partir deste estudo, foi definido um modelo conceitual para avaliar a aquisição de conhecimento, usando um Modelo Cognitivo, de forma inovadora, em complementação aos questionários amplamente empregados como instrumentos de avaliação. Atualmente o modelo está em fase de implementação computacional e definição de experimentos a serem conduzidos. Para validar o método proposto, serão construídas aplicações a partir de frameworks desenvolvidos no Laboratório de Tecnologias Interativas (Interlab) da Escola Politécnica da USP e do LApIS (Laboratório de Aplicações de Informática em Saúde) da Escola de Artes Ciências e Humanidades da USP, que serão utilizadas em experimentos em situações reais de aprendizagem.

Palavras-chave: Realidade Virtual, Realidade Aumentada, Avaliação, Aquisição de Conhecimento.

Alexandre Martins dos Anjos e Fatima L. S. Nunes

A utilização de ambientes de Realidade Virtual (RV) é uma prática cada vez mais notória em aplicações desenvolvidas na área de educação e treinamento. Um caso especial é seu emprego em processos de aquisição de Habilidades Sensório-Motoras (HSM) em contextos de RV e treinamento médico. Nesse sentido, faz-se necessário mensurar a capacidade de um indivíduo produzir movimentos a partir de objetivos expressos em tarefas de domínios específicos utilizando-se aplicações desenvolvidas para contextos de RV. Para que seja possível desenvolver essa mensuração, faz-se necessário construir e validar um modelo que possa abstrair possíveis métodos e parâmetros de um processo de avaliação de aquisição de HSM. Considerando as faculdades que possuem as tecnologias de RV juntamente com o campo de aprendizagem de HSM, observa-se especialmente na área médica a ausência de pesquisas que consolidem uma metodologia a fim de que profissionais da área de saúde possam avaliar atividades de aquisição de habilidades que têm como foco a aprendizagem motora em contextos de RV. O presente trabalho tem como objetivo uma metodologia para mensurar a aquisição de HSM usando ambientes de RV. Para atingir este objetivo foi conduzida uma Revisão Sistemática (RS) para identificar estudos que abordam métodos e parâmetros utilizados em processos de avaliação de aquisição de HSM. Em seguida, foi definido um modelo conceitual para avaliar a aquisição de HSM. Atualmente, está sendo conduzida a implementação computacional do modelo conceitual, bem como desenhados experimentos para validar o modelo após sua implementação. Como prova de conceito pretende-se capturar interações realizadas em aplicações para treinamento médico de simulação de exames de biópsia. Tais aplicações são geradas a partir da adaptação de um framework Virtual Medical Training (ViMeT), desenvolvido pelo LApIS (Laboratório de Aplicações de Informática em Saúde), da EACH (Escola de Artes, Ciências e Humanidades), e pelo Interlab (Laboratório de Tecnologias Interativas da Escola Politécnica), ambos da Universidade de São Paulo – USP. O ViMeT é um framework orientado a objetos, que implementa um conjunto de classes em linguagem Java, gerando aplicações para simular exames de biópsia. O framework possibilita a construção de ambientes virtuais para manipulação de modelos sintéticos que representam órgãos humanos e instrumentos da área médica. Também oferece funcionalidades comuns ao domínio das aplicações como: estereoscopia, detecção de colisão com precisão, deformação e interação com dispositivos não convencionais. A estrutura modular do framework possibilita que novos métodos para essas funcionalidades ou até mesmo novas funcionalidades sejam acoplados sem dificuldades.

Palavras-chave: Avaliação de aquisição de habilidades sensório-motoras; Realidade Virtual; Treinamento médico; Ambientes Virtuais; Ambientes Virtuais de Aprendizagem.