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3. Laboratório Virtual - Universidade da Madeira

1. cccecececeeee eee ecececeeneeeeeeneeenes 86 Anexo C Question rio utilizado para testes ii iii 88 Anexo D Question rios preenchidos pelos utilizadores 90 Anexo E Manual do utilizador cccccccc ccc ec ec ec een eecececneeeneneaeeeneeneeens 98 1X Indice de Figuras Figura 2 1 Rela o entre Perfil Componente e N 12 Figura 2 2 Esquematiza o de um grafo de cena em Java3D 14 Figura 2 3 Exemplo de um ficheiro AML naso nurse Ta 17 Figura 2 4 Interface do laborat rio virtual de HHML 21 Figura 2 5 Interface do laborat rio virtual de ChemCollective 22 Figura 2 6 Interface do laborat rio virtual de Virtual Laboratories 23 Figura 2 7 Ambiente virtual do laborat rio VRLabQuim 25 Figura 4 1 Casos de uso do sistema desenvolvido cece eee 43 Figura 4 2 Arquitectura do sistema desenvolvido 44 Figura 4 3 Dois primeiros n veis de elementos dos ficheiros XML 45 Figura 4 4 Conte do do elemento Object i iii 46 Figura 4 5 Estrutura do elemento Procedure ce cseeeeeeeeeeeeeceee tenes 47 Figura 4 6 Estrutura do elemento Results 0 0 0 0 ceeceeceeeeeeeeeeeeeeneeees 47 Figura 4 7 Vis o de uma disciplina segundo um professor 53 Figura 4 8 Ecr de cria o de um novo protocolo
2. 93 N mero de utilizador 4 Idade 16 Ano escolar 10 Com que frequ ncia utiliza um laborat rio Nunca Raramente Algumas vezes semana Todos os dias Com que frequ ncia utiliza um ambiente virtual Nunca Raramente Algumas vezes semana Todos os dias Ao utilizar a aplica o a compreens o do tema Reduz Permanece igual Aumenta Aumenta muito Os resultados apresentados s o Dificilmente ER Facilmente Confusos E Percept veis take perceptiveis perceptiveis O registo do conhecimento cria o do relat rio Dificultado Indiferente Simplificado Trivial A aplica o reage como esperado as interac es Nunca Raramente Frequentemente Sempre A interface percept vel Nunca Raramente Frequentemente Sempre A interface promove uma f cil interac o Nunca Raramente Frequentemente Sempre Os passos para mover s o oa Maioritariamente Maioritariamente Fee eas Desnecess rios E E Imprescind veis Desnecess rios Necess rios Os passos para verter s o ada Maioritariamente Maioritariamente nt eee Desnecessarios A ae Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Os passos para girar sao da Maioritariamente Maioritariamente SE os Desnecess rios sa co Imprescindiveis Desnecessari
3. lodeto de Pot ssio amarelo e Disponibilize o protocolo TesteMoodle xml para download A semelhan a dos testes realizados com a aplica o tamb m recorreu se ao m todo think aloud todavia ap s a execu o das tarefas mencionadas procedeu se a uma pequena entrevista em vez do preenchimento de um formul rio para confirmar algumas das notas retiradas e tentar perceber algumas ac es que n o ficaram totalmente claras durante a sess o think aloud 5 3 Resultados obtidos dos utilizadores Ap s a realiza o dos testes ao laborat rio virtual com os utilizadores e dando aten o ao gr fico presente na Figura 5 1 Figura 5 1 Gr fico do tempo necess rio para completar as tarefas 14 24 12 58 Minutos 11 31 10 05 08 38 07 12 05 46 04 19 02 53 01 26 00 00 r r r r r r Utilizador 1 Utilizador 2 Utilizador 3 Utilizador 4 Utilizador 5 Utilizador 6 Utilizador Experiente 64 Nesta Figura est o representados o tempo que cada utilizador necessitou para executar as tarefas pedidas notou se um clara divis o destes dois grupos sendo que o primeiro necessita de 5 a 8 minutos para completar as tarefas e o segundo necessita de 11 a 13 minutos note se ainda uma clara distin o entre estes dois grupos e o utilizador experiente Atrav s dos v rios question rios preenchidos pelos utilizadores de teste apresentados no Anexo C e das notas retir
4. 2 2 1 Realidade Virtual Imersiva Para uma realidade ser classificada como imersiva o utilizador dever estar exposto ao efeito de telepresen a Este efeito n o nada mais do que a sensa o que o utilizador tem de estar num ambiente mediado em vez de estar num ambiente fisicamente imediato isto quer dizer que o utilizador perde a no o de estar num ambiente gerado por um computador interpretando aquilo que v ouve ou at mesmo sente como a realidade Para imergir um utilizador neste tipo de realidade tipicamente recorre se a capacetes de realidade virtual que lhe obstrui a vis o do mundo real um conjunto de sensores para saber qual ser a posi o do utilizador no ambiente virtual efeitos sonoros 3D e um dispositivo de entrada de dados que permita a interac o com o ambiente normalmente recorre se a luvas ou fatos de corpo completo para este fim 5 Todavia esta n o a nica forma de imergir um utilizador na realidade virtual existem outros sistemas por exemplo o CAVE que permite atingir um grau de imers o semelhante O sistema CAVE foi desenvolvido por estudantes e professores da universidade de Illinois e considerado por muitos especialistas como o sistema mais imersivo poss vel para um ambiente virtual Este sistema consiste num quarto onde pelo menos tr s paredes o tecto e o ch o actuam como monitores Esta configura o produz para o utilizador um campo de vis o muito mais alargado do que um capace
5. o ao VirtualLlabs UMa focamo nos nos alunos do secund rio nomeadamente 10 e 12 ano de escolaridade que frequentem a disciplina de Biologia ou pr ticas laboratoriais de biologia Do nosso foco escolheu se 6 alunos volunt rios de forma aleat ria para participar nas sess es de teste Cada sess o realizada possu a a dura o estimada de 10 minutos tendo os alunos que cumprir neste espa o de tempo um conjunto de tarefas e preencher um pequeno formul rio presente no anexo A As quatro tarefas que os utilizadores de teste teriam de realizar eram 1 Iniciar a aplica o desenvolvida atrav s do Moodle 2 Carregar o protocolo existente na plataforma Moodle na aplica o desenvolvida 3 Visualizar os resultados da actividade ap s ter passado 1 30 horas de reac o gerar e guardar o relat rio e 62 4 Visualizar o s documento s criado s Antes do inicio da realiza o das tarefas foi pedido a cada um dos utilizadores de teste que expressasse atrav s de palavras tudo o que estivessem a pensar Este processo de realiza o de teste denominado de think aloud 59 O m todo think aloud permite ao observador conhecer de forma simples e imediata como a aplica o influ ncia e guia o utilizador durante a realiza o das tarefas 60 todavia requer alguma per cia para ser realizada se o utilizador de teste n o estiver a participar verbalmente cabe ao observador incentiv lo sem que este altere as
6. Indice 1 Introdu o o e a N E Dema DI saved cee eee oa E bak boas ae bod iaa iera Tos 1 t1 Motiva o e atecsadedusias doc a na enn EE EAA AAEE 2 l 2 Objectivos do DrOCCLO sos iea cos RE E E E 2 1 3 Estrutura da diss rt a Oiso ie aE EE E E E EAE S 3 2 Abordagem conceitual e Estado da Arte sssssesessssreeesessrrresessreresese 5 2 1 Introdu o seas cama ca hang R O e ETA Lea ao EE EEE 6 2 2 Realidade Virtual maso nona aa Ea do ada AES 6 2 2 1 Realidade Virtual Imersiva suites da desea dee ea 8 2 2 2 Realidade Virtual n o IM rsIVA cenas rea saaaia aa e ceive 9 2 3 Desenvolvimento de Ambiente Virtuais Tecnologias 10 Dol VRML aaa eae da Rea a do ca Rar caso 10 23 2 XS Dundas a ars la a aa da bis arama i es ea awaits 11 25373 JAVAS Dai Sede eect eles a E E ade bade r See 13 DS BO SD atrai o canta EU Ra felsic eda aes details ana oats Era 15 2 4 Outras tecnologias utilizadas ui sibs tastiest isi inca ap 16 24 EXM reres Ue nea 4b E EAE EE Heelan eK TTS 16 DD INLD rango Oia DSO ade Maan des vide SS 17 2 5 Ambientes e Learning ei cireres r eisi piires Eper rapes Erea Awe 18 DS Mood Erei ia E ERETTA a A OE Sa 20 2 6 Laborat rios Virtuais Estado da Arte ii iii 20 2 6 1 Howard Hughes Medial Institute Virtual Labs 21 2 6 21 he Chemeolleciive 4 nantes saias a sap a RE e 22 vii 2 6 3 Virtual Laboratories ccc cecccesceesceeeseeccecucecsceecee
7. Non Immersive Virtual Reality Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www2 parc com istl groups uir publications items UIR 1993 07 Robertson Computer NonImmersive pdf 8 Thenu 2009 Virtual Reality Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www articlesbase com technology articles virtual reality 1245981 html 9 Web3D Consortium 1995 The Virtual Reality modeling Language Specification Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www web3d org x3d specifications vrml VRML1 0 76 10 Cardoso Alexandre Teixeira C A C amp J nior Edgard L 2009 Ambientes Virtuais Projecto e Implementa o Porto Alegre ISBN 85 88442 67 1 11 Parallel Graphics 2009 Cortona 3D Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www cortona3d com Products Cortona 3D Viewer aspx 12 Karmanaut 2006 Cosmo Player Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www karmanaut com cosmo player 13 Cardoso a Lamounier junior e Kirner c Kelner j 2007 Tecnologias para o desenvolvimento de sistemas de realidade virtual e aumentada Recife ISBN 978857315 400 9 14 Howard Hughes Medical Institute 2010 Biolnteractive Virtual Labs Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www hhmi org biointeractive vlabs 15 Carnegie Mellon 2010 The ChemCollective Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do ender
8. Protocolo Experimental Aluno include Realizar Actividades Experimentais Editar Protocolos Inicializar Laborat rio KI Virtual include Seleccionar include include Remover Protocolos nteragir com objectos virtuais include Professor Disponibilizar Protocolos gt include Gerir Protocolos Experimentais Gerar Relat rio include Ocultar Protocolos include include Figura 4 1 Casos de uso do sistema desenvolvido 4 4 Arquitectura Ao definirmos uma arquitectura pretendemos mostrar os componentes de software as propriedades externamente vis veis e as rela es entre esses componentes Assim o diagrama da arquitectura ajuda a equipa de desenvolvimento a estabelecer uma comunica o com o cliente pois este consegue perceber com relativa facilidade como os seus requisitos foram implementados e como est o sistema constitu do 54 Dentro do dom nio do problema e tendo em conta os requisitos do cliente optou se por seguir o modelo arquitectural Model view controller MVC 55 definindo a arquitectura presente na Figura 4 2 O modelo arquitectural MVC distingue se dos restantes por apresentar uma organiza o dividida em duas l gicas a de apresenta o e a de neg cio Na l gica de apresenta o podemos encontrar as diversas formas que o utilizador 43 possui
9. desta plataforma o utilizador pode realizar o download do ficheiro JAR e executar o mesmo localmente sem necessidade de instalar ferramentas ou a pr pria aplica o Java que pretende executar Desde modo a inicializa o do ambiente virtual demora alguns segundos pois todos os modelos encontram se no computador do cliente dentro do ficheiro JAR que foi descarregado com a aplica o Outra grande dificuldade encontrada foi na implementa o da ac o que permite mover objectos pois necessitamos de tr s valores para indicar um ponto dentro do ambiente virtual e os dispositivos utilizados pelo utilizador apenas retornam dois desses tr s valores necess rios A fim de ultrapassar esta dificuldade v rias propostas foram apresentadas A primeira seria adicionar ao objecto seleccionado um conjunto de setas que representassem os v rios eixos onde este pudesse ser movido e a ac o de mover envolveria arrastar um objecto ao longo dos v rios eixos at que este atingisse a posi o desejada Esta ideia n o foi implementada pelo n mero de ac es necess rias para mover um objecto de um ponto para outro e a necessidade de carregar mais objectos ao ambiente virtual tornando o mais pesado aumentando o tempo necess rio para inici lo atrav s da applet Na segunda sugest o o utilizador para mover um objecto de um ponto para outro teria de seleccion lo clicar na posi o do ecr em que o objecto iria ficar e depois arrast
10. disponibilizar a actividade criada para download Th Teste Disciplina Teste Criacao Protocolos Irpara E Teste Baixar Aplicacao Iniciar Ambiente Virtual Caso nao tenha o Java3D instalado podera proceder ao seu download aqui Documenta o Moodle para esta p gina Nome de utilizador Administrador Utilizador Professor Retomar o meu cargo habitual Teste Figura 4 9 P gina para iniciar a aplica o A Figura 4 9 diz respeito a p gina visualizada se o utilizador clicar na liga o para realizar o download da aplica o laborat rio virtual Nesta p gina apenas mostrado um bot o para realizar o download da aplica o e de forma autom tica iniciar a sua execu o bem como uma liga o para que o utilizador possa instalar o Java 3D caso ainda n o o possua Inicializando a aplica o e ap s carregar o protocolo pretendido o utilizador deparasse a com uma situa o semelhante a mostrada na Figura 4 10 Analisando a vemos que a interface encontra se dividida em tr s partes sendo elas menu ambiente virtual e caixas de texto O menu composto por 4 op es sendo elas carregar protocolo reiniciar o ambiente virtual gerar relat rio de ac es e fechar a aplica o A op o reiniciar o ambiente virtual apenas disponibilizada por substitui o ap s a selec o de carregamento de protocolo 55 No menu de ac es o utilizador pode visualizar um registo das ac es por el
11. es financeiras raridade ou por raz es de seguran a No entanto num laborat rio virtual os conceitos de custo e disponibilidade n o existem Desde que as propriedades de um material estejam bem definidas este pode ser utilizado vezes sem conta obtendo sempre um resultado muito realista A n vel de seguran a tamb m n o existem grandes preocupa es pois se algo correr mal no ambiente virtual o pior que pode acontecer o utilizador ter de reiniciar a aplica o n o estando exposto nem expondo os outros a grandes perigos Assim sendo um laborat rio virtual indicado para qualquer pessoa independentemente do seu n vel de conhecimento que deseje simular uma actividade experimental de forma r pida e sem grandes custos financeiros e n o somente para entendidos na rea como alunos de uma escola e investigadores 3 3 Vantagens e desvantagens de um Laborat rio Virtual Um laborat rio virtual n o apresenta somente vantagens a n vel do tempo espa o e recursos como mencionado anteriormente Uma aplica o deste tipo como todas as outras conta com uma grande disponibilidade e mobilidade pelo que um utilizador pode interagir com a aplica o sempre que quiser independentemente do local onde se encontra ou da altura do dia Estes dois par metros tomam uma relev ncia acrescida se dermos aten o necessidade de realizarmos uma experi ncia m ltiplas vezes at que esta possa ser totalmente compreendida T
12. 1 DNA A great deal of research and experimentation are required to correctly prepare the DNA that will be injected into the Drosophila fruit fly embryos In this lab a colleague has already used standard molecular biology techniques to engineer the construct DNA Small segments of DNA each with a critical function are spliced together to form the construct DNA Click here to learn more about the technical details of DNA preparation and the requirements for proper integration of the DNA into the Drosophila genome Click here to perform a sequence analysis of the construct DNA to confirm that it contains the per promoter sequence Welcome to the lab Put on your gloves and let s get started Click the ice bucket to view an animation about the Step 2 Filling glass injection needle construct and transposase DNA sources 7 b Now the DNA solution must be carefully inserted into a glass ba Prepare DNA that will be incorporated needle The manufacturing of this needle is actually a critical into fly genome step in the success or failure of the experiment Click here to learn more about making a glass needle The needle containing the DNA solution is attached to tubing connected to a pump The pump carefully regulates when the DNA solution is ejected into the embryo The needle is clamped into a micromanipulator with controls that will allow Make Transgenic Flies you to move the needle in very small increments to the correct posi
13. A segunda op o simula a passagem do tempo at atingir se o tempo m ximo de reac o Na actividade experimental utilizada como exemplo cada clique nesta op o mostra os resultados dos pr ximos 15 minutos de reac o 57 L Laborat rio Virtual de Biologia ActividadeTestexml atone Ficheiro Ac es Objecto Seleccionado Nenhum Procolo Completo Poder dar inicio a rea o e ver os resultados Resultados 00 00 Maltose 10 5mm Frutose 10 5mm Amido 10 5mm Gerar Relat rio Aviso Nenhum aviso a relatar Figura 4 12 Visualiza o dos resultados A terceira e ltima op o sair da janela de resultados sendo o estado desta guardado Caso o utilizador volte a visualizar os resultados ser o mostrados todos aqueles de ele j tenha visualizado e n o ser o iniciados com O minutos de reac o Uma demonstra o online pode ser encontrada no endere o http apus uma pt a2031105 moodle e no login poder utilizar as credenciais admin e Pa wOrd para os campos nome de utilizador e senha respectivamente 4 9 Conclus o Neste cap tulo mostramos que o sistema a ser desenvolvido em torno da aplica o laborat rio virtual tinha de satisfazer alguns requisitos pretendidos pelo cliente Contudo durante a fase de desenvolvimento surgiram problemas a n vel do tempo necess rio para transferir o
14. Cada dodecaedro estar relacionado com um tema em especial RNF7 Os dodecaedros ser o laborat rios virtuais RNF8 Os dodecaedros dever o ser metalizados do exterior e semi transparentes do interior 40 RNF9 Ao entrar no laborat rio ser poss vel escolher o protocolo experimental no quadro informativo RNF10 Para seleccionar um objecto dever ser realizado um clique com o bot o esquerdo do rato sobre ele RNF11 Ao realizar um clique com o bot o direito um menu de contexto dever aparecer RNF12 Para mover um objecto o utilizador dever escolher a op o mover no menu de contexto e depois seleccionar o lugar de destino RNF13 Para verter um l quido o utilizador dever escolher a op o verter no menu de contexto e depois seleccionar o objecto para o qual o liquido vai ser vertido RNF 14 Para medir um reagente o utilizador dever escolher a op o medir no menu de contexto introduzir o valor a ver medido e depois seleccionar o recipiente de destino RNF15 Para girar um objecto o utilizador dever escolher a op o girar no menu de contexto RNF16 Ao realizar clique com o bot o direito no rel gio o utilizador poder seleccionar quantos minutos avan ar no tempo RNF17 Numa das paredes dever existir um quadro que mostrar os materiais reagentes necess rios as ac es correctas e o resultado da actividade RNF18 Todos os reagentes dever o estar num arm ri
15. Descri o Indica o do nome do ficheiro que guardar a informa o Objectivo do Protocolo Texto de contextualiza o ou indicativo dos objectivos a serem compridos Este texto ser mostrado ao utilizador no in cio da actividade experimental Dura o Indica o tempo que o utilizador ter para finalizar a actividade experimental Varia entre O e 180 minutos com incrementos de 10 minutos Mostrar Protocolo Define a quantidade de informa o mostrada ao utilizador durante a execu o da actividade Existem 4 n veis dispon veis e Ocultar n o mostra o protocolo experimental e Mostrar Grupo Parcial mostra a informa o ja realizada dividida por grupos de ac es e Mostrar Grupo Total mostra a totalidade da informa o existente num grupo de ac es e e Mostrar tudo mostra todo o protocolo experimental Mostrar Ac es Quando activo mostra o registo de ac es a cada interac o que o utilizador realize com o laborat rio virtual Modo Verboso Quando activo mostra todas as ac es realizadas pelo utilizador Quando inactivo apenas mostra as ac es de mover verter e girar No segundo grupo de dados realizado a descri o dos objectos que comp em o laborat rio virtual Para adicionar um objecto necess rio clicar no bot o Adicionar Objecto existente ap s a lista de objectos j adicionados Os dados de um objecto podem ser alterados se o utilizador cli
16. ITD CER DA deal anda iets 42 4 4 ATQUILECIUT A aussi grassa pao pudor eae dacdedieesyorieede dead EA A dS 43 4 5 Estrutura do ficheiro XML tee ee eeeeeenenenenes 45 4 6 Implementa o do Sistema susana sita iraniana de 48 4 7 Ferramentas Utilizadas ei cer A E aa 51 4 8 Aplica o des nyolyida sue iisnienidai da teia iait EE A EE EEA R 53 viii AiO CONCHISAG tlk dss A oct aak CDU af beta toldo tate Sita Mette fe allt ales eed ta 58 5 Avalia o do Projecto testes de utiliza o is ni qestiswisniegistddoe eaednaads 61 Ol Introdu o sedes de asia gudeseccadesdecusard cues te que sida does ad anal ans dna dia glass 62 5 2 Planifica o da sess o de testes ce ccce ccc ec cece eee eececeeneeenenenenenes 62 5 3 Resultados obtidos dos utilizadores usam ssonstayaouees Meieuienadededvedeves 64 SAV CoNchaSaO asas cascada secsdaesh o Soda sda cg acaas da Tas Pas ana ada A ae aS 66 Conclus o e Perspectivas Futuras yes in id dra fa dae 69 Oly CONCIUS AO cc usas drese piada nai do sa dada Dedos sel Ay add ea dana dolo aig lda Dada 70 6 2 Perspectivas Puturas oi 400 pene ieee ee eae 72 gt Referencias usa punido desta eeardorteadebedes dat nda Nag as Gandra dade SEIT Ian a essa aaa 75 ANEXOS vs caleuigasa e Seals oka latch duals haha Ra da a d Malad devel sale did ee 83 Anexo A Protocolo experimental original sc ceceeceeeecteeeceeeeeeees 84 Anexo B Protocolo em formato XML
17. O recurso ao WebGL permitiu a tecnologia O3D utilizar graficos 3D acelerados por hardware no ambiente virtual apresentado no browser e uma maior agilidade para criar prot tipos 3D uma vez que para realizar uma visualiza o e depura o o c digo O3D n o necessita de seguir os passos de compila o e liga o tradicionais maioria das linguagens de desenvolvimento de software 23 24 2 4 Outras tecnologias utilizadas Para um projecto com caracter sticas semelhantes ao que foi desenvolvido conforme apresentado neste documento necess rio recorrer a outras tecnologias para al m daquela utilizada para desenvolver o ambiente virtual Desta forma nos pr ximos t picos apresentaremos outras tecnologias utilizadas indicando um pouco da sua hist ria e qual a sua utiliza o mais recorrente 2 4 1 XML A especifica o da tecnologia XML 26 foi criada desenvolvida e encontra se a ser mantida pela W3C 25 O seu objectivo fornecer aos desenvolvedores de aplica es uma forma simples e flex vel de transmitir dados entre os programas desenvolvidos independentemente da forma de visualiza o escolhida e todo o progresso realizado tenta manter um balan o entre estabilidade e compatibilidade 26 Desta forma ao contr rio de outras linguagens do g nero como o caso do VRML o XML n o possui um conjunto de etiquetas fixas permitindo a um desenvolvedor que recorra ao XML descrever qualquer conjunto de dados da forma
18. Peto HeaderColumn GroupDescription Task 1 n Figura 4 6 Estrutura do Figura 4 5 Estrutura do elemento Procedure slermento Results Por fim a quarta parte composta pela descri o da tabela de resultados Results Nesta parte indicado se os resultados s o visualizados por coluna ou na totalidade ShowAll Caso seja por coluna a etiqueta firstColumn 47 guarda o n mero da coluna a partir da qual inicializado o processo de visualiza o por coluna Os dois ltimos elementos desta parte guardam os dados da tabela de resultados sendo que a primeira Header diz respeito ao cabe alho da tabela e a segunda Row as v rias linhas da tabela Tanto o Header como Row s o constitu dos por diversas colunas denominadas de HeaderColumn e Column respectivamente Na Figura 4 6 podemos observar graficamente esta estrutura No Anexo B apresentamos um exemplo completo de um ficheiro XML adoptado pela aplica o desenvolvida 4 6 Implementa o do Sistema Tendo analisado os requisitos solicitados pelo cliente definido o modelo arquitectural e seleccionadas as tecnologias que apresentavam maiores vantagens verificou se que nem todos os requisitos poderiam ser implementados da forma que o cliente pretendia Numa fase inicial da implementa o optou se por criar uma aplica o do tipo applet 56 pois desta forma estaria sempre dispon vel para os alunos independentemente do lugar onde este estivesse a tra
19. a op o de criar um novo ficheiro ou alterar um j existente conforme mostrado na Figura 1 Ti Teste Disciplina Teste Criacao Protocolos Ir para Teste Criar Protocolo Seleccionar Novo Ficheiro Actividade 1 xml Actividade Teste Shortxml Actividade Teste Short xml ActividadeTeste xml ps asia aki Nome de utilizador Administrador Utilizador Sair Teste Figura 1 Menu inicial do m dulo de edi o dos protocolos experimentais Independentemente da op o realizada os passos que se seguem s o id nticos estejamos a criar um documento novo ou a alterar um j existente sendo a nica diferen a entre eles o preenchimento autom tico dos campos no segundo caso Um protocolo experimental possui 4 grupos de dados que devem ser preenchidos configura es gerais objectos protocolo e resultados A Figura 2 mostra o grupo das configura es gerais onde podemos observar os seis campos que a constituem Na tabela 1 encontra se a descri o de cada um deles 99 Configuracoes Base Nome Fermentacao Objectivo do Protocolo Esta actividade tem por objectivo determinar dos a cares fornecidos o que provoca maiores taxa de fermenta o Duracao Mostrar Protocolo Semlimite minutos Mostrar Grupo Parcial v Mostar Accoes Modo Verboso Figura 2 Grupo das configura es gerais Tabela 1 Campos que constituem as configura es gerais Campo Nome
20. as suas op es s o ver conte do que ir mostrar algumas informa es acerca do conte do dos v rios frascos e tubos de ensaio mover ap s escolher esta op o o utilizador 56 basta clicar no destino para o objecto mudar de posi o verter misturar utilizada para transferir reagentes de um recipiente para outro girar realiza uma rota o de 180 no eixo dos XX e desseleccionar retira o foco do objecto actual permitindo ao utilizador a selec o de um novo objecto E Maltose 10 Protocolo Experimental Mover Suporte para Balcao sem A Site sem one Tubo Ensaio para Suporte Mover Tubo Ensaio para Suporte Mover Tudo Ensaio para i Suporte Faltam 4 passo s para terminar o Grupo 1 Aviso Nenhum aviso a relatar Resultado Figura 4 11 Menu de contexto do ambiente virtual A partir do momento em que o utilizador atinge um progresso de 100 o bot o que permite visualizar o resultado da actividade experimental activa se Ao clicarmos nesse bot o aparecer uma janela onde nos ser mostrado uma tabela com os resultados como ilustrado na Figura 4 12 Ao ver os resultados 3 op es s o oferecidas ao utilizador A primeira op o permite ao utilizador gerar um relat rio onde apenas ter de preencher uma introdu o actividade experimental uma introdu o te rica e indicar quais as conclus es que chegou atrav s deste processo
21. cria o do relat rio Dificultado Indiferente Simplificado Trivial A aplica o reage como esperado as interac es Nunca Raramente Frequentemente Sempre A interface percept vel Nunca Raramente Frequentemente Sempre A interface promove uma f cil interac o Nunca Raramente Frequentemente Sempre Os passos para mover s o EA Maioritariamente Maioritariamente Ue deat Ne Desnecessarios cle ar Imprescind veis Desnecess rios Necess rios Os passos para verter s o oa Maioritariamente Maioritariamente ke ee Desnecessarios Ea a Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Os passos para girar sao by Maioritariamente Maioritariamente Renee Desnecessarios me Ro Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Os passos para desseleccionar sao Maioritariamente Maioritariamente Rea Nie Desnecessarios e Se Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Comente ou sugira altera es a aplica o de acabou de testar Mover o laborat rio com o rato Ao passar com o rato por cima de um objecto deveria ser aparecer uma etiqueta Actualizar automaticamente a janela do protocolo Desseleccionar o objecto sem utilizar a op o desseleccionar 97 Anexo E Manual do utilizador Este anexo tem por objectivo demonstrar as ac es necess rias para instalar configu
22. da UNIVEM recorrendo ao VRML 36 para codificar todos o objectos e liga es existentes no ambiente virtual faz desta aplica o um bom exemplo das capacidades da linguagem Este ambiente virtual devido s suas caracter sticas 3D torna se muito mais cativante que os restantes transmitindo ao utilizador uma vis o mais l dica enquanto estiver a utilizar este laborat rio virtual mantendo no entanto um n vel de seriedade necess rio Na Figura 2 7 podemos visualizar o ambiente virtual depois de inicializado A partir desta vis o o utilizador pode aceder a um conjunto de m dulos existentes na aplica o como por exemplo m dulo de instrumentos onde o utilizador pode visualizar os v rios objectos existentes num laborat rio ou o m dulo de mol culas onde s o visualizadas as v rias mol culas obtidas nas reac es Todavia na aplica o n o existe forma do utilizador registar o seu aprendizado devido a este facto o VRLabQuim s poder ser utilizado como ferramenta de transmiss o de conhecimento e nunca para avaliar o aluno 24 gt Figura 2 7 Ambiente Virtual do laborat rio VRLabQuim 2 7 Conclusao Ao longo deste cap tulo definimos que um ambiente virtual um espa o 3D gerado atrav s de computadores que pretende simular o espa o real e afirmamos ainda que a realidade virtual divide se em duas classes imersiva e n o imersiva Na primeira o utilizador estimulado de tal forma que o ambiente vir
23. dada isto com as ferramentas que possui poss vel atingir uma grande escalabilidade podendo ser aplicado tanto numa escola prim ria como em cursos online onde o n mero de alunos pode atingir valores extremamente elevados criando assim uma comunidade colaborativa muito rica para a transmiss o de conhecimento 33 Devido sua estrutura modular o Moodle apresenta uma adaptabilidade elevada modificando os servi os dispon veis atrav s da adi o ou remo o de m dulos como por exemplo f rum wiki ou partilha de ficheiros para atingir os requisitos pretendidos Para que este sistema possa ser utilizado apenas necess rio recorrer a um servidor Web que suporte as tecnologias PHP 44 e base de dados em SQL 45 2 6 Laborat rios virtuais Estado da Arte Antes de se iniciar qualquer projecto dever ser realizada uma pesquisa com a finalidade de conhecer que aplica es j foram desenvolvidas dentro da rea que estamos a trabalhar e de que forma a nossa contribui o poder se posicionar Foi com este objectivo em mente que abordou se tr s s tios e uma aplica o na Internet que possuem algumas actividades que podem ser realizadas em laborat rios virtuais Esses s tios foram Howard Hughes Medical Institute Virtual Labs 14 The ChemcCollective 15 Virtual Laboratories 16 e a aplica o VRLabQuim 17 20 2 6 1 Howard Hughes Medical Institute Virtual Labs Os laboratorios virtuais do instituto m d
24. de obter os requisitos do projecto e discutir a melhor forma de os atingir chegando ao fim desta etapa do projecto com um conjunto de funcionalidades que teriam de ser implementadas e uma arquitectura de como seria o sistema a desenvolver Ap s modelarmos o sistema deu se in cio fase de desenvolvimento onde v rios problemas relativos forma como algumas funcionalidades deveriam ser implementadas e ao tempo e forma como VirtualLabs UMa se inicializava foram ultrapassados Durante esta fase foram necess rias reuni es com o cliente a fim de negociar altera es ao que foi planeado mediante os problemas encontrados atingindo se um acordo que fosse aceit vel para ambas as partes Acabada a implementa o iniciou se o per odo de testes onde as duas componentes do sistema desenvolvido foram testadas por utilizadores Atrav s destes utilizadores fomos alertados para tr s factos do Laborat rio Virtual que provocavam confus o aos utilizadores sendo eles a m percep o de estarem num ambiente 3D e como tal podem mover se livremente pelo laborat rio o recurso a uma fun o espec fica para remover o foco de um objecto e a cria o de m ltiplos documentos ao gerarmos e guardarmos um relat rio da actividade realizada Por sua vez os testes ao m dulo do Moodle revelaram que a tarefa de compor um laborat rio virtual dever ser simplificada evitando que esta seja realizada segundo um m todo de tentativa e erro Tento termi
25. defendem a ideia deste tipo de realidade virtual n o ser uma realidade virtual na verdadeira concep o do termo pois o utilizador mant m sempre uma total consci ncia do mundo que o rodeia 8 2 3 Desenvolvimento de Ambientes Virtuais Tecnologias Alguns programadores vislumbraram o desenvolvimento da Internet num espa o tridimensional onde o utilizador poderia ter acesso a informa o e entretenimento de uma forma menos tradicional navegando num ambiente 3D 8 Para tal foram desenvolvidas linguagens de programa o que permitissem esse desenvolvimento Essas linguagens encontram se preparadas para enfrentar tr s grandes problemas nomeadamente o engarrafamento da largura de banda a proximidade entre a tecnologia de visualiza o e a de base de dados em especial quando utilizados browsers e a salvaguarda da integridade das bases de dados em ambientes partilhados por v rios utilizadores 8 De seguida iremos abordar de forma cronol gica algumas das linguagens criadas para desenvolver ambientes 3D 2 3 1 VRML O formato VRML 36 permite criar por meio de uma linguagem baseada em etiquetas um conjunto de objectos tridimensionais aos quais poder o ser adicionadas texturas e efeitos de luz como brilho ou reflexo Esta linguagem permite ainda realizar pequenas anima es com esses mesmos objectos No VRML os objectos podem ser formas simples como esferas ou cubos no entanto o utilizador pode definir as coordena
26. estado inicial de um laborat rio Ap s uma an lise ao ficheiro XML pelo controlador um laborat rio virtual criado e inicia se um processo interactivo 44 entre controlador e apresenta o Este processo baseia se na identifica o e processamento das ac es realizadas pelo utilizador dentro do ambiente virtual realiza o das altera es necess rias ao estado do ambiente virtual e apresenta o desse novo estado ao utilizador reiniciando se desta forma o ciclo de interac o 4 5 Estrutura do ficheiro XML Na arquitectura discutida anteriormente mencionou se que o m dulo criado para o Moodle guarda os protocolos em ficheiros XML A Figura 4 3 ilustra o primeiro e segundo n vel de elementos utilizadas no ficheiro XML adoptado analisando a podemos observar uma semelhan a entre a estrutura do protocolo original fornecido e o ficheiro XML A semelhan a do protocolo original o ficheiro XML tamb m pode ser divido em quatro partes identificado com diferentes cores na Figura 4 3 a parte azul corresponde a uma introdu o a verde est indicando a Protocol Focus Time VerboseLog ShowAction ProtocolDisplay Procedure Results Figura 4 3 Dois primeiros n veis de elementos dos ficheiros XML descri o dos objectos a laranja o procedimento e a amarelo os resultado A introdu o constitu da pelos elementos e Focus indica qual o objectivo da actividade experimental e
27. experiencia No entanto na realidade podem provocar acidentes que colocam em risco n o s a integridade da actividade mas tamb m a do utilizador De forma a facilitar a visualiza o das vantagens e desvantagens de um laborat rio virtual estas encontram se resumidas na tabela 4 Tabela 4 Resumo das vantagens e desvantagens de um laborat rio virtual Vantagens Desvantagens Necess rio um conhecimento pr vio Mobilidade dos resultados por parte de quem cria a actividade virtual W Experi ncia realizada baseada em Disponibilidade ieee deai Espaco necessario Falsa sensa o de seguran a W Tempo para obten o de resultados 32 3 4 Principais componentes do Laboratorio Virtual Quando somos informados que iremos interagir com um laboratorio virtual existe um grupo de conceitos que estamos a espera de encontrar nomeadamente reagentes e ferramentas necess rias experi ncia a exist ncia de um determinado protocolo experimental e um conjunto de resultados De forma muito breve iremos falar sobre a import ncia de cada uma destas partes e qual a sua contribui o para a utiliza o do laborat rio 3 4 1 Reagentes e ferramentas Os reagentes e ferramentas s o os v rios objectos existentes num laborat rio com os quais o utilizador tem de interagir para alcan ar um determinado objectivo De um modo simplificado eles s o as v rias pe as para resolver o puzzle Enten
28. experimental 54 Figura 4 9 Pagina para iniciar a aplica o 1 eee eee ia 55 Figura 4 10 Ecr inicial da aplica o Laboratorio Virtual 56 Figura 4 11 Menu de contexto do ambiente virtual 57 Figura 4 12 Visualiza o dos resultados sei ssa ia sass do asa aa 58 Figura 5 1 Grafico do tempo necessario para completar as tarefas 64 Figura 6 1 Poss vel implementa o para o tutorial 72 Figura 6 2 Altera es ao m todo de cria o de objectos 73 Figura 6 3 Wireframe para a selec o da posi o 73 Indice de Tabelas Tabela 1 Factos relevantes da Realidade Virtual ccceecececeeeeeeneeees 7 Tabela 2 Evolu o dos ambientes e Learning ee eeee ee eee sentence eeees 19 Tabela 3 V rios laborat rios virtuais estudados ceceeceeececececeeeenenees 26 Tabela 4 Vantagens e desvantagens de um laborat rio virtual 32 Tabela 5 Elementos que constituem os dados de cada Objecto 47 Tabela 6 Compara o entre os laborat rios estudados e a aplica o desenvolvidas usem de unos DEI Sar a dee Gad aa UNO chet dA UR SOC ieee Due 71 xi Acronimos 2D 2 Dimens es 3D 3 Dimens es API Application Programming Interface CAVE Cave Automatic Virtual Environment DOM Document Object Model DTD Document Type Definition
29. lo para a profundidade desejada Com esta sugest o reduziu se o n mero de ac es necess rias e j n o eram utilizados objectos extra para realizar a movimenta o Todavia ap s a implementa o verificou se que era extremamente dif cil verificar se o utilizador colocava os objectos no lugar correcto ou se os deixava a flutuar no ambiente virtual A terceira abordagem a este problema envolve a cria o de matrizes em todas as superf cies que necessitam de suportar objectos como por exemplo prateleiras e balc es Desta forma para mover um objecto ap s o utilizador ter 49 seleccionado a op o mover basta clicar no objecto que o ir suportar e o objecto aparecera na primeira posi o dispon vel da matriz A ac o ser ignorada se a matriz j se encontrar totalmente preenchida Embora seja est abordagem que se encontra implementada o facto de estarmos a trabalhar em volta de uma matriz levanta alguns conflitos a n vel da sobreposi o de objectos uma vez que alguns deles podem possuir dimens es superiores ao tamanho da c lula da matriz Finalmente e com o objectivo de tornar o ambiente virtual o mais r pido poss vel ap s mais uma reuni o com o cliente removeu se mais dois objectos do ambiente virtual o quadro e o rel gio afectando os requisitos RNF16 RNF17 RNF20 RNF21 e RNF24 Ainda nessa mesma reuni o chegou se a acordo que a passagem do tempo seria simulada durante a mostragem dos resul
30. obj lt Model gt lt Data gt lt Id gt Suporte lt Id gt lt Name gt Suporte lt Name gt lt Action gt 1 lt Action gt lt Avaiable gt true lt Avaiable gt lt Quantity gt lt Initial gt 1 lt Initial gt lt Maximum gt 1 lt Maximum gt lt Quantity gt lt Dimension gt lt XDimension gt 2 0 lt XDimension gt lt YDimension gt 1 15 lt YDimension gt lt ZDimension gt 1 1 lt ZDimension gt lt Dimension gt 86 lt Offset gt lt XOffset gt 0 0 lt XOffset gt lt YOffset gt 1 1 lt YOffset gt lt ZOffset gt 0 0 lt ZOffset gt lt Offset gt lt Capacity gt lt Lines gt 1 lt Lines gt lt Columns gt 4 lt Columns gt lt Capacity gt lt Data gt lt Object gt lt Procedure gt lt Group gt lt GroupDescription gt Grupo 2 lt GroupDescription gt lt Task gt Verter 666 Glicose 10 666 Tubo Ensaio 666 8 lt Task gt lt Task gt Verter 666 Maltose 10 666 Tubo Ensaio 666 8 lt Task gt lt Group gt lt Procedure gt lt Results gt lt ShowAll gt false lt ShowAll gt lt FirstColumn gt 2 lt FirstColumn gt lt Header gt lt HeaderColumn gt lt HeaderColumn gt lt HeaderColumn gt 00 00 lt HeaderColumn gt lt Header gt lt Row gt lt Column gt Glicose 10 lt Column gt lt Column gt 5 mm lt Column gt lt Row gt lt Results gt lt Protocol gt 87 Anexo C Question rio utilizado N mero de utilizador Idade para testes Ano escolar Com
31. que achar mais intuitiva poss vel Note que na Figura 2 3 onde mesmo sem um conhecimento profundo de como o XML encontra se estruturado compreendemos que estamos a proceder a descri o de uma lista de livros o que comprova a simplicidade do XML 16 lt bookList gt lt book category CHILDREN gt lt title lang en gt Harry Potter lt title gt lt author gt J K Rowling lt author gt lt year gt 2005 lt year gt lt price gt 29 99 lt price gt lt book gt lt book category WEB gt lt title lang en gt Learning XML lt title gt lt author gt Erik T Ray lt author gt lt year gt 2003 lt year gt lt price gt 39 95 lt price gt lt book gt lt bookList gt Figura 2 3 Exemplo de um ficheiro XML Para verificar a integridade dos dados existentes num ficheiro XML recorre se ao seu DTD 34 ou alternativamente ao XSD XML Schema Definition 35 Um DTD serve como molde para a cria o de documentos XML mencionando quais as etiquetas que podem ser utilizadas assim como a ordem pela qual aparecem e a sua frequ ncia 57 Desta forma analisando o DTD e comparando o com os dados do ficheiro XML podemos ter uma no o do grau de correc o deste 2 4 2 JNLP O JNLP 43 o protocolo utilizado pela tecnologia Java Web Start que permite que as aplica es Java possam ser executadas a partir da Web sem a necessidade de proceder sua instala o na m quina do cliente Desta forma o JNLP ofere
32. que frequ ncia utiliza um laborat rio Nunca Raramente Algumas vezes semana Todos os dias Com que frequ ncia utiliza um ambiente virtual Nunca Raramente Algumas vezes semana Todos os dias Ao utilizar a aplica o a compreens o do tema Reduz Permanece igual Aumenta Aumenta muito Os resultados apresentados s o Dificilmente at do Facilmente Confusos see Perceptiveis ae perceptiveis perceptiveis O registo do conhecimento cria o do relat rio Dificultado Indiferente Simplificado Trivial A aplica o reage como esperado as interac es Nunca Raramente Frequentemente Sempre A interface percept vel Nunca Raramente Frequentemente Sempre A interface promove uma f cil interac o Nunca Raramente Frequentemente Sempre Os passos para mover s o Ee da Maioritariamente Maioritariamente rae Desnecessarios ree ER Imprescind veis Desnecess rios Necess rios Os passos para verter s o 2M Maioritariamente Maioritariamente Mathie oe Desnecessarios ae nae Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios 88 Os passos para girar sao E Maioritariamente Maioritariamente ES Desnecess rios re eed Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Os passos para desselec
33. seja necess rio adicionar a esta lista as aplica es Filezilla para servir ficheiros Tomcat para que possam ser utilizados servlets e Mercury se pretendermos trabalhar com um servidor de correio electr nico Todavia para este projecto apenas as funcionalidades base eram requeridas n o sendo necess rio a instala o de nenhuma das aplica es anteriormente referidas Estando j o c digo a ser testado recorreu se ainda a extens o para o browser firefox denominada de firebug para facilitar a tarefa de depura o O firebug permite ao utilizador verificar os erros de sintaxe encontrados examinar o c digo HTML gerado para uma p gina verificar que scripts est o a ser utilizados e o qual o seu c digo fonte e permite ainda navegar pela estrutura DOM do documento tornando a identifica o dos v rios campos e resolu o de erros numa tarefa muito mais f cil Por fim resta nos abordar a ferramenta de modela o 3D studio Max Esta ferramenta foi utilizada para criar todos os modelos que podem ser utilizados no ambiente virtual com os devidos cuidados a fim de s utilizar materiais suportados pelo Java 3D Sendo desenvolvida pela Autodesk actualmente o studio Max uma ferramenta muito comum para quem trabalha na rea da modela o e encontra se uma vers o de teste na pagina Web do seu fabricante 52 Ap s termos obtido uma vis o geral do processo utilizado mencionarmos os principais problemas que foram ultrapass
34. ser t o extenso podendo se recorrer a classe SimpleUniverse que reduz o n mero de passos para 4 nomeadamente 1 Criar o objecto CanvasSD 2 Criar o objecto SimpleUniverse que ir referenciar o CanvasSD e personaliz lo 3 Construir o Content Branch Graph e compil lo e 4 Inserir o Content Branch Graph no Locale do SimpleUniverse Content Branch Graph View Branch Graph Universo Virtual gt Locale C Nos Q mm CD Bim O gt Rela o Es nr Pai Filho Refer ncia Figura 2 2 Esquematiza o de um grafo de cena em Java3D O esquema da Figura 2 2 mostra um grafo de cena e a fundo cinza podemos observar os componentes criados pelo SimpleUniverse 14 Ao desenharmos um grafo de cena como mostrado na Figura 2 2 existe um conjunto de regras que t m de ser obedecidas por exemplo definindo que entre a raiz do grafo e qualquer n deste s pode existir um e um nico caminho isto significa que qualquer n do grafo n o pode ter mais do que um pai Todavia o mesmo objecto pode ser referenciado m ltiplas vezes 21 Quando comparado com o VRML java 3D acaba por ter mais aspectos positivos todavia esta situa o pode se alterar dependendo da utilizada final da aplica o Enquanto o VRML permite a cria o de mundos virtuais atrav s de comandos simples necess rio recorrer a ferramentas de terceiros para podermos visualizar o resultado final e o n vel de realismo de um produto cria
35. suas ac es Durante a realiza o dos testes foram tiradas notas de todas as refer ncias que os utilizadores realizaram e que foram consideradas importantes para compara o estas mesmas tarefas foram realizadas por um utilizador experiente na utiliza o da aplica o Para testar a usabilidade do m dulo criou se uma lista de tarefas que a ser realizadas por professores do 10 e 12 ano As tarefas a serem realizadas consistem em e Criar um novo protocolo experimental e Preencher as configura es base de modo que a actividade tenha a dura o de 1 hora permita a visualiza o do procedimento por grupos e n o exiba o registo de ac es a cada movimento do aluno e Adicionar o objecto quarto utilizando o modelo Objectos CloudRoom obj aumentado 10x e Adicionar o objecto Balc o sem pia utilizando o modelo Objectos BalcaoSemPia obj aumentado 1 5x para que este fique no ch o do quarto e Volte ao ecr anterior e altere o protocolo TesteMoodle xml e Crie o seguinte procedimento constitu do por 2 grupos Grupo de selec o de materiais e reagentes Mover para Balc o os reagentes Iodeto e Pot ssio e Mover para balc o os objectos suporte e 1 tubo de ensaio 63 Grupo de mistura de reagentes Verter no tubo de ensaio 1 ml de Iodeto e 1 ml de Pot ssio e Crie a seguinte tabela de resultados Reagente 1 cor Reagente 2 cor Produto cor lodeto incolor Pot ssio incolor
36. Aviso Nenhum aviso a relatar Resultado Figura 6 1 Poss vel implementa o para o tutorial Como foi mencionado anteriormente o m dulo do Moodle tamb m necessita de algumas altera es profundas principalmente na composi o do ambiente virtual Uma poss vel solu o passaria por alterar os campos de inser o da posi o do objecto para serem n o edit veis e adicionar um bot o que ir abrir uma janela onde constar os wireframes dos objectos j adicionados e o utilizador poder arrastar o novo objecto para a posi o pretendida Na Figura 6 2 podemos ver a nova vers o do formul rio e a Figura 6 3 representa um poss vel wireframe Leveduras 8 5 7 05 0 6 Nome Leveduras Modelo 3D Posicao ial Zi Rotacao Escala 02 Accoes possiveis Mover V Verter E Girar Disponivel Quantidade 250 500 Grelha de posicao Dimensao X 1 0 Y 20 Z 10 Desvio Continuar Objectos TijoloBallon obj X 0 0 Y 00 Z 00 Linhas 0 Colunas 0 X 00 Y 00 Z 00 Figura 6 2 Altera es ao m todo de cria o de objectos 73 Ap s estas altera es dever ser planeado uma nova sess o de testes com utilizadores que n o tenham utilizado a aplica o durante a primeira fase de testes a fim de apurar o grau de intuitividade da aplica o e o n vel de satisfa o dos utilizadores Pretende se i Figu
37. FEARP Faculdade de Economia Administra o e Contabilidade de Ribeir o Preto xii HHMI Howard Hughes Medical Institute HTML Hypertext Markup Language JAR Java Archive JNLP Java Network Launching Protocol LCMS Learning Collaborative Management System LMS Learning Management System MVC Model View Controller O3D Open 3D PHP PHP Hypertext Preprocessor RV Realidade Virtual SQL Structured Query Language UNIVEM Centro Universitario Euripides de Mar lia VRML Virtual Reality Modeling Language WSC World Wide Web Consortium X3D Extensible 3D XML Extensible Markup Language 1 Introducao Eu ou o e esque o Eu vejo e compreendo Eu fa o e lembro me Conf cio 1 1 Motivacao A n vel educativo muitas vezes nota se que algumas tem ticas poderiam ser melhor compreendidas pelos alunos se existisse uma componente pr tica onde estes pudessem levantar qualquer d vida que exista atrav s de um processo bem documentado e verificado por um professor Esta necessidade torna se mais evidente em certas disciplinas do secund rio tais como a qu mica a fisica e at mesmo a biologia onde uma componente pr tica quase obrigat ria em vez de opcional Todavia para estas tr s disciplinas algumas pr ticas podem demorar muito mais tempo do que aquele que o professor disp e e o custo dos materiais pode muito facilmente subir a valores insustent veis para uma escola Desta forma torna
38. Nunca Raramente Frequentemente Sempre 91 A interface promove uma f cil interac o Nunca Raramente Frequentemente Sempre Os passos para mover s o Be Maioritariamente Maioritariamente AP Desnecess rios ERA nae Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Os passos para verter sao pa Maioritariamente Maioritariamente Re Desnecess rios e ee Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Os passos para girar sao he Maioritariamente Maioritariamente ppg os Desnecessarios S KO Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Os passos para desseleccionar sao Sone Maioritariamente Maioritariamente Soh Desnecessarios Bice ae Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Comente ou sugira altera es a aplica o de acabou de testar desloca o deveria ser nas teclas AWSD Era bom poder andar de lado op o Girar n o me explicava bem o que ia acontecer Desseleccionar n o intuitivo N mero de utilizador 3 Idade 16 Ano escolar 10 Com que frequ ncia utiliza um laborat rio Nunca Raramente Algumas vezes semana Todos os dias Com que frequ ncia utiliza um ambiente virtual Nunca Raramente Algumas vezes semana Todos os dias Ao utilizar a aplica o a compreens o do tema Reduz P
39. Time mostra o tempo que o utilizador disp e para realizar a actividade e VerboseLog indica o n vel de detalhe utilizado na gera o do registo de ac es e ShowAction define se o utilizador ap s realizar uma ac o ir visualizar o registo de ac es e 45 e ProtocolDisplay descreve o n vel de acesso ao protocolo que o utilizador possui o valor O indica que o utilizador n o possui acesso ao protocolo 1 mostra que o utilizador possui acesso limitado as ac es realizadas de forma correcta 2 indica acesso ao grupo de ac es na totalidade e 4 demonstra acesso a totalidade do protocolo A segunda parte descri o de objectos cont m os dados necess rios para cria o dos v rios objectos no ambiente virtual e dados relevantes a cerca desses mesmos objectos por esta raz o elas s o compostas pelos elementos Scale Position Rotation Model e Data como pode ser observado na Figura 4 4 lt Data gt lt Id gt lt Name gt lt Action gt lt Avaiable gt lt Quantity gt lt Initial gt lt Maximum gt lt Quantity gt lt Dimension gt lt XDimension gt lt Y Dimension gt lt ZDimension gt lt Dimension gt lt Offset gt lt XOffset gt lt Y Offset gt lt ZOffset gt lt Offset gt lt Capacity gt lt Lines gt lt Columns gt cale Rotation lt Capacity gt lt Data gt Figura 4 4 Conte do do elemento Object As quatro pr
40. Z 00 Escala 0 15 Accoes possiveis 7 Mover V Verter Girar 7 Disponivel Quantidade 250 500 Grelha de posicao Linhas 0 Colunas 0 Dimensao X 1 0 Y 20 Z 10 Desvio X 00 Y 00 Z 00 Continuar Remover i Leveduras desnaturadas Leveduras 8 5 7 05 0 6 8 5 7 05 0 9 Figura 3 Grupo com a descri o dos objectos que comp em um laborat rio virtual Protocolo Grupo Grupo 1 Tarefa Mover v Tarefa Mover Tarefa Mover Tarefa Mover Grupo Grupo 2 Tarefa Verter 8 Grupo Grupo 3 Tarefa Girar Tarefa Mover Frutose 10 Suporte Tubo Ensaio Tubo Ensaio Tubo Ensaio mide Frutose 10 Tubo Ensaio Tumed v para Balcao sem pia X v para Balcao_sem_pia X para Suporte X v para Suporte X y para Tubo Ensaio x X v para Tubo Ensaio Frutose 10 8 v Adicionar Grupo J Adicionar tarefa J Remover Figura 4 Exemplo de um conjunto de grupos pertencentes a um protocolo 101 Tabela 2 Campos necess rios a cria o de um objecto Campo Descri o Nome Nome do objecto a ser criado Modelo 3D Representa o gr fica do objecto no Laborat rio Virtual ee Coordenadas X Y e Z do objecto no Laboratorio Posi o Virtual z Rota o do objecto segundo os eixos X Y e Z no Rota ao Laborat rio Virtual Aumento ou diminui o do tamanho do objecto Escala Ac es poss veis representado Indica o das ac es que o utilizador poder realiza
41. a o em suspens es de leveduras Saccharomyces cerevisae a natureza qu mica e concentra o de substrato b temperatura c compostos que inibem ou estimulam o processo fermentativo Racionaliza o de toda a via metab lica fermentativa a indica o dos reagentes que participam na fermenta o Aplica o dos conceitos de fermenta o a situa es e factos como forma de real ar a relev ncia da Biologia no nosso dia a dia ensaios simples de produ o de vinagre vinho e Ginger Ale por meio de processo fermentativo MATERIAL SOLU ES e REAGENTES Material Reagentes e Solu es Funil de vidro Glicose 10 Gaze Sacarose 20 Suporte para tubos de ensaio Frutose 10 Recipiente para gelo Maltose 10 Tubos de vidro 160 x15 mm Sacarose 10 Tubos de vidro 150 x 12 mm Amido 10 R gua Suspens o de leveduras Marcadores Fluoreto de s dio Cron metro Azul de Bromotimol a 0 1 em etanol Balan a Copos de vidro 50 100 e 250 ml PROCEDIMENTO 1 Com uma r gua marcar os 6 tubos de ensaio mais estreitos com uma pequena marca localizada 5 cm abaixo da abertura 2 3 84 Numerar os tubos mais largos de 1 a 6 Adicionar aos tubos de ensaio mais estreitos as seguintes solu es 2 Maltose 10 3 Frutose 10 4 Amido 10 Es Sacarose 10 Pee gua destilada 4 Encher o resto do tubo com a suspens o de leveduras 5 Colocar o tubo mais largo sobre o tubo mais estreito agora che
42. a anteriormente descrita 106 F 6 Results TES Resultados 00 00 00 15 00 30 00 45 01 00 Glicose10 Smm 5mm 6mm 7mm 10mm _ Amido 10 5mm 5mm 6mm _ 5mm Smm _ Sacarose 10 5 mm 6 mm 5mm 5mm 6mm Gerar Relatorio Reagir Sair Figura 7 Janela de visualiza o dos resultados 2 5 Cria o de um modelo de relat rio Atrav s da janela de resultados permitido ao utilizador criar um modelo de relat rio clicando no bot o gerar relat rio Neste modelo o utilizador encontrar um relat rio parcialmente realizado tendo apenas que preencher os t picos relativos pesquisa realizada vulgarmente designado por introdu o te rica o t pico reservado para as conclus es a que o utilizador chegou e as refer ncias que este poder ter Ap s pedir para gerar um relat rio a aplica o ir perguntar o nome do ficheiro onde este ser guardado e o nome do utilizador que constar no relat rio 2 6 Cria o de um registo de ac es O registo de ac es consiste num ficheiro n o edit vel onde consta o nome do utilizador a hora de inicio e t rmino da actividade e uma lista com todas as ac es realizadas pelo utilizador durante a realiza o da actividade experimental Este ficheiro pode ser criado de duas formas diferentes A primeira realizada de forma autom tica pela aplica o quando o utilizador criar um modelo
43. a caracteriza o geral dos laborat rios virtuais estudados e come aremos a definir alguns componentes indispens veis a nossa aplica o O quarto cap tulo destina se a dar a conhecer todo o processo de desenvolvimento a n vel da implementa o Indicaremos assim neste capitulo quais os requisitos pedidos pelo cliente qual a arquitectura escolhida para o sistema a ser desenvolvido e como foram ultrapassadas as principais dificuldades encontradas ao longo desta fase Por fim mostraremos a aplica o terminada descrevendo como ser a interac o entre utilizador e esta O pen ltimo cap tulo tem por objectivo descrever o processo de avalia o do sistema indicando como foram realizados os testes com os utilizadores e qual o retorno obtido destes Finalmente no sexto cap tulo discutiremos quais as conclus es que foram retiradas de todo este processo comparando a aplica o desenvolvida com as existentes e indicando quais ser o os melhoramentos que o sistema desenvolvido pode ou necessita de sofrer no futuro 2 Abordagem Conceitual e Estado da Arte Quanto mais aumenta nosso conhecimento mais evidente fica nossa ignor ncia John F Kennedy 2 1 Introducao Antes de se inicializar qualquer processo de desenvolvimento necess rio realizar uma pesquisa a fim de termos algum conhecimento dos conceitos que ir o ser abordados durante a elabora o do projecto a fim de sermos capazes de discutir com o clien
44. a conota o que geralmente atribu mos aos laborat rios virtuais pois sob as v rias tem ticas abordadas encontramos uma forte componente te rica muitas vezes existe um pequeno slideshow ou exerc cio para consolida o do conhecimento Nos exerc cios onde nos poss vel interagir esta interac o reduz se a um mero preenchimento de campos a partir dos quais o resultado ser calculado v 9 o 210 o wo 2 lt ee ago 0 jee ee a ee ee ee ss Time 0 Limits Figura 2 6 Interface do laborat rio virtual de Virtual Laboratories 23 Na Figura 2 6 podemos ver uma imagem da actividade que tem como objectivo mostrar ao utilizador as taxas de crescimento de uma bact ria a uma determinada temperatura Nesta actividade a interac o baseia se na escolha de uma temperatura e depois na indica o de quanto tempo passar entre cada resultado obtido como resultado mostrado um gr fico e uma tabela com os v rios valores gerados Ainda observando a Figura 2 6 notamos que ao contr rio dos outros laborat rios mostrados at ao momento este possui uma interface muito minimalista baseada em texto e bot es 2 6 4 VRLabQuim A aplica o VRLabQuim distingue se dos restantes laborat rios virtuais por ser o nico laborat rio estudado que apresenta um ambiente virtual 3D O VRLabQuim um projecto que foi coordenado pelo Prof Dr Ildeberto Rodello da FEARP e contou com a contribui o de v rios alunos
45. aa a Universidade da Madeira Centro de Compet ncia em Ci ncias Exactas e da Engenharia VirtualLabs UMa Uma plataforma personalizavel para a realizacao de actividades experimentais Roberto Filipe Pereira Mendonca Orientador Prof Dr Paulo Nazareno Maia Sampaio Tese Submetida a Universidade da Madeira para a Obten o do Grau de Mestre em Engenharia Inform tica Funchal Portugal Novembro 2010 Resumo Os presentes m todos de estudo complementar fora de aulas adequam se a um contexto mais te rico onde alunos necessitam somente de manuais escolares ou acesso a um computador para complementar os seus estudos e atingirem os objectivos O mesmo nao se enquadra para cadeiras ou contextos mais praticos como por exemplo quimica ou biologia Nestes contextos normalmente necessitamos de um laborat rio ou localiza o espec fica onde se encontra as condi es m nimas para a realiza o destes exerc cios ou ensino Actualmente existem laborat rios virtuais que v em suplantar esta necessidade mas os nossos estudos indicam que estes n o s o capazes de se adaptar a novas actividades sendo necess rio desenvolver um laborat rio espec fico para cada actividade Neste contexto a principal contribui o desta disserta o de mestrado a proposta e o desenvolvimento de uma aplica o de Realidade Virtual que seja capaz de adaptar se facilmente s novas actividades laboratoriais de forma a personalizar as ta
46. adas durante as sess es think aloud obteve se os seguintes resultados onde entre par nteses encontram se o n mero de utilizadores que escolheram a op o em causa 1 Com que frequ ncia utiliza um laborat rio Nunca 1 Raramente 2 Algumas vezes semana 3 Todos os dias 0 2 Com que frequ ncia utiliza um ambiente virtual Nunca 0 Raramente 3 Algumas vezes semana 1 Todos os dias 2 3 Ao utilizar a aplica o a compreen s o do tema Reduz 0 Permanece igual 0 Aumenta 4 Aumenta muito 2 4 Os resultado s apresentados s o Confusos 0 Dificilmente percept veis 0 Percept veis 3 Facilmente percept veis 3 5 Oregisto do conhecimento cria o do relat rio Dificultado 0 Indiferente 0 Simplificado 4 Trivial 2 6 A aplica o reage como esperado s interac es Nunca 0 Raramente 0 Frequentemente 1 Sempre 5 7 Ainterface percept vel Nunca 0 Raramente 0 Frequentemente 6 Sempre 0 8 Ainterface promove uma f cil interac o Nunca 0 Raramente 0 Frequentemente 1 Sempre 5 9 Os passos pa ra mover s o Desnecess rios 1 Maioritariamente Desnecess rios 0 Maioritariamente Necess rios 1 Imprescindiveis 4 10 Os passos pa ra verter s o Desnec
47. ados casos de uso 52 Ap s a defini o dos requisitos foram encontrados dois actores para o sistema a ser desenvolvido aquele que est respons vel por gerir os protocolos experimentais num contexto de sala de aula que seria um professor por exemplo e aqueles que iriam realizar as actividades experimentais utilizando protocolos previamente criados recorrendo mais uma vez a uma sala de aula este actor representaria os alunos Na Figura 4 1 poss vel visualizar os dois actores identificados bem como as suas poss veis ac es perante o sistema esta figura ilustra que um professor poder tanto gerir protocolos experimentais como realizar as actividades experimentais Por sua vez um aluno apenas poder realizar actividades experimentais Podemos notar tamb m que o acto de gerir protocolos envolve n o s a sua cria o remo o e edi o mas tamb m o acto de torn los vis veis ou ocultos para os alunos Por outro lado o acto de 42 realizar uma actividade experimental poder envolver ac es como descarregar o protocolo experimental do servidor inicializar o ambiente virtual a partir da plataforma Web realizar a actividade experimental em si ou seja interagir com os objectos que considerando em um n vel de maior detalhe significa seleccionar mover verter e girar os objectos existentes e finalmente gerar relat rios para que todo o processo fique registado Criar Descarregar 9 Protocolos
48. ados e a que ferramentas recorremos durante a implementa o do sistema pretendido pelo cliente apresentamos nesta sec o o sistema criado Uma vez que este pode ser dividido de uma forma geral em duas partes come aremos pela parte Web mostrando o trabalho desenvolvido em torno da plataforma Moodle Na Figura 4 7 podemos visualizar como estar o dispostas as liga es para o m dulo de cria o edi o de protocolos experimentais e para iniciar baixar a aplica o laborat rio virtual Embora n o seja totalmente vis vel na figura estas liga es encontram se no painel de administra o sendo apenas mostradas a quem possuir privil gios para tal A primeira liga o leva nos para o m dulo de cria o edi o de protocolos onde num primeiro passo ser pedido ao utilizador para escolher entre criar um novo protocolo ou um protocolo j existente Th Disciplina Disciplina Teste 5 Disciplina Teste Nome de utilizador Administrador Utilizador Professor Retomar o meu cargo habitual Teste Retomaro meu cargo habitual Activar modo edi o J Pessoas ltimas noticias Lista de topicos Actividades y Pr ximos eventos W Noticias Procurar nos f runs s Actividade recente 1 Actividade de Teste o Administra o a 2 Activar modo edi o E Configura es a Bg Atribuir cargos 3 E Notas a Grupos is C pia de seguran a a Restaurar 5 E d Importar Reiniciar 6 ao Relat rios amp Per
49. ara este desenvolvimento e integra o utilizou se maioritariamente o editor de texto Notepad o servidor XAMPP e a extens o par ao firefox denominada de firebug Estando o desenvolvimento terminado no final deste cap tulo demos a conhecer o resultado final do sistema recorrendo para tal a um conjunto de imagens e descrevendo algumas formas de interac o do utilizador com o m dulo criado para o Moodle e com o laborat rio virtual 59 5 Avaliacao do projecto Testes de utilizacao Os testes a programas podem ser usados para mostrar a presenca de falhas mas nunca a sua aus ncia Edsger W Dijkstra 5 1 Introducao O processo de desenvolvimento de software baseia se num ciclo constituido por quatro partes an lise design implementa o e valida o 58 Ap s discutirmos o processo de implementa o cap tulo anterior descrevemos neste cap tulo como foi planeado o processo de valida o do m dulo criado para o Moodle e da aplica o VirtualLabs UMa Ap s o planeamento evidenciamos os resultados obtidos e procedemos sua an lise 5 2 Planifica o da sess o de testes Uma vez que o sistema criado composto por duas partes distintas o m dulo do Moodle e a aplica o VirtualLabs UMa necess rio proceder planifica o de dois cen rios de teste em separado Embora os laborat rios virtuais sejam destinados a um vasto espectro de utilizadores para os nossos testes de valida
50. aw Pour from Figura 2 5 Interface do laborat rio virtual de ChemCollective Estes laborat rios s o constitu dos por 3 sec es Numa primeira sec o pode ser realizada a selec o do reagente a utilizar atrav s de uma estrutura em rvore A sec o do meio a rea que o utilizador disp e para trabalhar e na terceira sec o s o disponibilizadas v rias informa es acerca do reagente solu o seleccionada 22 Ao contrario dos laboratorios virtuais do instituto m dico Howard Hughes o utilizador possui uma total liberdade de interac o podendo misturar quaisquer solu es e analisar os resultados obtidos Esta interac o realizada de uma forma intuitiva baseada em Drag and Drop assim para colocar um objecto na rea de trabalho basta arrast lo da lista para onde pretendemos coloc lo e para adicionar retirar ou misturar os reagentes o processo semelhante arrastando o reagente que pretendemos verter para cima do recipiente e indicar a quantidade que ir ser vertida 2 6 3 Virtual Laboratories A virtuallaboratory net inc uma empresa sem fins lucrativos sediada no Colorado que at Novembro de 2009 estava a desenvolver um conjunto de aplica es classificadas como laborat rios virtuais sob a tem tica da evolu o e cria o da vida na terra Embora as suas aplica es sejam denominadas de laborat rios virtuais estas n o se enquadram exactamente com
51. balhar Todavia com o aumento do n mero de objectos a serem utilizados no ambiente virtual o tempo necess rio para que a applet inicializa se e ficasse pronto para ser utilizado era intoler vel rondando no melhor dos casos os 30 minutos Para solucionar este problema come ou se por reduzir o n mero de objectos num ambiente virtual ao estreitamente necess rio e debateu se com o cliente se os requisitos referentes a selec o do tema seriam vitais para o projecto RNF5 RNF8 Desse debate concluiu se que o conceito dos dodecaedros realmente n o era assim t o pertinente podendo o utilizador escolher de uma lista ou atrav s de um outro artificio qual a actividade experimental que pretende realizar alterando desta forma tamb m o requisito RNF9 Com estas altera es o tempo de inicializa o diminuiu sensivelmente para metade Todavia tendo em conta o facto do ambiente poder ser utilizado durante as aulas considerou se que 15 minutos para inicializar continuavam a ser demasiado lento 48 Depois de alguma reflex o muita pesquisa e j numa fase mais avan ada do projecto chegou se conclus o que o problema estava no tempo que os modelos precisavam para ser carregados no browser do cliente Foi desta forma que a framework Java Web Start 27 tornou se muito interessante pois como foi referido no cap tulo 2 esta framework permite iniciar aplica o do tipo desktop directamente da Internet atrav s do pr prio browser Assim
52. ca o n o intuitiva ao ponto de colocar todos os utilizadores no mesmo patamar ou pelo menos em patamares semelhantes Ainda atrav s das mesmas observa es notou se que factores como utiliza o de um laborat rio ou familiaridade com ambiente virtuais ajudam a reduzir esse tempo Embora estes dois factores provoquem uma divis o na amostra de utilizadores interessante notou se que quanto mais utilizavam os laborat rios reais melhor desempenho os utilizadores obt m independentemente da sua experi ncia com ambiente de realidade virtual 66 A nivel da interac o notou se que grande parte dos utilizadores numa primeira fase nao interagia com o ambiente virtual e quanto tentavam mover a vis o recorriam ao rato uma poss vel solu o para ultrapassar este problema passaria por mostrar no ecr inicial um pequeno tutorial que indicasse ao utilizador como se movimentar e realizar as restantes ac es Tamb m poder amos incluir um t pico de ajuda no menu onde estas informa es seriam disponibilizadas Ainda durante os testes notou se que cinco dos seis utilizadores ao verificarem os documentos gerados pela aplica o o registo de ac es e o modelo de relat rio apenas se apercebiam da cria o de um dos dois ficheiros ignorando o outro Este facto adv m da forma como o processo de cria o realizado uma vez que o utilizador apenas tem que escolher onde quer gravar e qual o nome do ficheiro intuitivame
53. car no nome do objecto A Figura 3 mostra a altera o de um objecto existente e na tabela 2 realizada uma descri o dos campos necess rios 100 No pen ltimo grupo ou seja no terceiro realizada a descri o dos passos que o utilizador ter de executar Estes passos encontram se divididos em grupos assim desta forma o utilizador pode realizar os passos dentro de um grupo seguindo qualquer ordem contudo ter de seguir a ordem em que os grupos aparecem Para criar um novo grupo tarefa ou apagar a ltima tarefa inserida o utilizador dever clicar nos bot es respectivos e ao criar um procedimento n o permitido criar grupos vazios A Figura 4 exemplifica um procedimento j criado Observando essa mesma figura vemos que para criar tarefas o utilizador ter de escolher a pretendida de entre as que s o fornecidas Objectos nn a E Balcao sem pia Quarto 0 0 0 0 0 0 Balcao com pia 4 0 8 45 9 05 1 528 77 91 Balcao sem pia ears en ji 35 877 91 Armario 8 2 7 3 3 5 Frigorifico 8 6 8 05 0 0 Suporte 9 5 7 1 3 4 8 Suporte 9 5 7 1 3 4 4 Suporte 9 5 7 13 4 0 Suporte 9 5 7 13 3 2 Suporte 9 5 7 13 2 8 Tubo de Ensaio 74 9 65 7 1 4 85 Tubo de Ensaio 9 5 7 1 4 75 Maltose 10 8 5 7 11 0 9 Amido 10 8 5 7 11 0 3 Sacarose 10 8 5 7 11 0 0 Nome Amido 10 Modelo 3D Objectos LightOrangeBottle obj Posicao X 85 Y 7 11 Z 03 Rotacao X 00 Y 0 0
54. ce ao utilizador um meio f cil de activar aplica es garantido que sempre executada a vers o mais recente disponibilizada pelo desenvolvedor e elimina o processo de instala o ou upgrade que muitas vezes s o confusos 27 A estrutura de um ficheiro JNLP baseada em XML e nele podemos definir os recursos geralmente ficheiros JAR que ir o ser executados no computador do cliente e quais as permiss es que ser o necess rias para acesso aos ficheiros Um desenvolvedor poder tamb m indicar onde o utilizador pode 17 dirigir se caso o JNLP identifique a aus ncia da tecnologia Java no computador 28 Um aspecto negativo do JNLP o facto de este guardar em mem ria o primeiro execut vel que tentou executar com o nome indicado Em caso de erro ao executar tal ficheiro necess rio limpar a mem ria do computador antes de voltar a tentar caso contr rio o novo pedido n o ser aceite e o mesmo ficheiro que foi executado ser novamente inicializado 2 5 Ambientes e Learning O conceito de e Learning nasceu em 1997 por Aldo Morri e descreve um processo de aprendizagem dist ncia recorrendo muitas vezes a computadores e Internet como facilitador para esta tarefa 29 Assim sendo um ambiente e Learning ser o local na Internet onde essa troca de conhecimento ser efectuada Desde 1997 que o e Learning evoluiu e plataformas pr prias para a troca de conhecimento entre v rias pessoas foram criadas Actua
55. cionar sao Ee Maioritariamente Maioritariamente Bic aut Desnecessarios ee Se Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Comente ou sugira altera es a aplica o de acabou de testar 89 Anexo D Questionarios preenchidos pelos utilizadores N mero de utilizador 1 Idade 17 Ano escolar 12 Com que frequ ncia utiliza um laborat rio Nunca Raramente Algumas vezes semana Todos os dias Com que frequ ncia utiliza um ambiente virtual Nunca Raramente Algumas vezes semana Todos os dias Ao utilizar a aplica o a compreens o do tema Reduz Permanece igual Aumenta Aumenta muito Os resultados apresentados s o Dificilmente i Facilmente Confusos Be Percept veis ar percept veis percept veis O registo do conhecimento cria o do relat rio Dificultado Indiferente Simplificado Trivial A aplica o reage como esperado as interac es Nunca Raramente Frequentemente Sempre A interface percept vel Nunca Raramente Frequentemente Sempre A interface promove uma f cil interac o Nunca Raramente Frequentemente Sempre Os passos para mover s o Bat Maioritariamente Maioritariamente aa eee Desnecess rios hag ps Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Os passos para verter sao ar Maiori
56. como um universo produzido pela ultra estimula o cerebral gerada por uma combina o de equipamentos cuja fun o envolver e integrar o utilizador num espa o tridimensional possibilitando a interac o neste novo ambiente em tempo real e criando uma sensa o de estar a viver essa realidade 1 Tabela 1 Factos relevantes da Realidade Virtual Ano Respons vel Feito Import ncia 1950 Morton Heilig Sensorama O inicio da RV Mencionou conceito em que 1965 Ivan Disserta o The uma RV mantida por um Sutherland Ultimate Display computador aparentava ser real para o utilizador Dam Sandin A rimeira Interac o atrav s de AH enero e dataglove A corporal Thomas Defanti g p Bonnie Primeiro filme gerado por Hee MacBird aron computadores 1983 Myron Krueger Videospace Primeiro ambiente Virtual 1984 William Gibson Neuromancer Origem do termo Ciberespa o 1987 Michael Piller Star T rek The Next Aplica o do conceito de RV Generation imersiva no holodeck 1992 Stephen King Lawnmower Man pina seas Fonte ros AR PSCS negativos da RV Silicon Primeira linguagem de 1329 Graphics RME RO modela o para RV eee And Filme que utilizou conceitos de 1999 ry ANY The Matrix RV e gerou 463 milh es de Wachowski gt d lares a nivel mundial Sun Linguagem de programa o 3D 2002 Java 3D de alto nivel para ambientes Microsystems virtuais Sun Sun abandona java3D 2004 Java 3D passand
57. das dos v rtices e as arestas que os unem para definir formas mais complexas Nesta linguagem tudo est contido em n s assim cada objecto ser interpretado como um n e a cena ser uma estrutura em rvore 9 Apesar de j se encontrar em desuso o VRML ficou na hist ria por ser a primeira linguagem 3D pensada para ser utilizada em ambientes Web podendo ser combinada recorrendo utiliza o de n s script com linguagens como HTML PHP javascript ou at mesmo java para que se possa criar applets que recorram a ambientes virtuais Para interligar estas linguagens pode se recorrer a sete t cnicas diferentes sendo elas 10 10 e A inser o do c digo VRML em um ficheiro HTML pode ser realizada recorrendo a etiqueta lt object gt ou lt embedded gt e Inserir c digo java no ficheiro VRML Esta op o conhecida como sendo o padr o para VRML 2 0 e Criar uma applet que ir comunicar com o navegador VRML e Criar um n no ficheiro VRML que contenha o c digo na linguagem pretendida e Utilizar c digo VRML dentro dos ficheiros Java Apesar de ser muito usual recorrer a esta t cnica ela n o constitui um padr o para o VRML e Utilizar c digo HTML dentro dos n s script Esta t cnica utilizada para mapear as texturas a serem utilizadas no ambiente 3D e e Utilizar uma applet para realizar o mapeamento das v rias texturas dentro do c digo VRML 10 Uma vez criado o ambiente virtual pa
58. de relat rio e a segunda a pedido do utilizador atrav s da op o existente em Ficheiro gt Gerar Registo 107
59. de se por reagente qualquer subst ncia que ir ser utilizada durante a actividade experimental e por ferramenta qualquer objecto utilizado durante a actividade com a finalidade de medir transportar misturar ou realizar qualquer outra ac o mais espec fica da ferramenta Num ambiente virtual s o as ferramentas que ir o transmitir uma no o de realidade ao utilizador menos entendido no assunto pois muitas delas baseiam se na intui o como por exemplo as balan as s o utilizadas para pesar os tubos de ensaio para misturar reagentes etc Por outro lado medida que o nosso conhecimento aumenta os reagentes come am a tomar mais aten o porque deixamos de estar interessados em como se faz determinado processo mas que propriedades dos reagentes provocam determinadas reac es passando a ser mais importante a correcta modela o das propriedades dos reagentes Geralmente a este grupo est o associadas fun es de medi o de volume peso ou dimens o e fun es de ac o como verter misturar ou mover 33 3 4 2 Protocolo Um protocolo experimental representa toda a logica de uma actividade experimental um conjunto de ac es mais ou menos ordenadas que devem ser realizadas para que uma actividade seja conclu da com sucesso Ao criarmos um protocolo estamos n o s a dizer ao utilizador o que considerado correcto dentro daquele contexto mas tamb m quando a altura ideal para faz lo Por exempl
60. dere o http www w3schools com sql sql_intro asp 46 The Eclipse Foundation 2010 Eclipse Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www eclipse org 47 Notepad Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http notepad plus plus org 48 Apache Friends 2010 XAMPP Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www apachefriends org en xampp html 49 Mozilla 2010 Web Development Evolved Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http getfirebug com 50 Autodesk 2010 Autodesk 3ds Max Products Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http usa autodesk com adsk servlet pc index siteID 123112 amp id 13567410 51 Oberg Roger Probasco Leslee amp Ericsson Maria 2010 Applying Requirements Management with Use Cases Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www wthreex com rup papers pdf apprmuc pdf 52 Bredemeyer Consulting 2010 Functional Requirements and Use Cases Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www bredemeyer com use_cases htm 80 53 Malan Ruth Bredemeyer Dana 2001 Defining Non Functional Requirements Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www bredemeyer com pdf_files NonFunctReq PDF 54 Kieras Alessandro 2008 Arquitectura de Software Na Pr tica Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www slideshare net kieras arquite
61. do recorrendo a VRML inferior a de um que utilize java 3D Todavia quando queremos dar aten o ao desempenho da aplica o a melhor escolha ser o VRML pois neste campo muito mais r pido n o tendo de recorrer a uma virtual machine para ser executado 10 2 3 4 OSD A tecnologia O3D 23 foi anunciada pela Google em Abril de 2009 pretendendo ser uma alternativa actual s tecnologias para desenvolver ambientes virtuais direccionados para browsers Inicialmente o O3D baseava se num conjunto de livrarias desenvolvidas em C que eram incorporadas no browser atrav s da instala o de uma extens o 22 Este facto permite que o O3D seja n o s uma tecnologia multi plataforma mas tamb m multi browser sendo suportada por todos os browsers mais comuns Contudo em Maio de 2010 a Google anunciou que a sua tecnologia ir mudar passando a ser baseada em Javascript que iria funcionar por cima da tecnologia WebGL suportada de forma nativa por quatro dos cinco principais browsers nomeadamente Chrome 38 Firefox 39 Safari 40 e Opera 41 colocando de parte o browser da Microsoft Internet Explorer 42 Com esta altera o o O3D obteve a vantagem de estar baseado numa API vastamente aceite como um padr o de gr ficos 3D e uma vez que est a ser desenvolvido em javascript possui uma rela o muito forte com o conte do HTML incluindo composi o por camadas e utiliza o dos tratadores de eventos 15 padrao do HTML
62. dos resultados Resultados Glicose 10 10 mm 13mm 22mm Amido 10 Sacarose 10 Colunas Adicionar Remover Linhas Adicionar Remover Mostar Tudo Uma coluna por clique comecando na 2 coluna Figura 5 Inser o dos resultados de uma actividade experimental Ap s o preenchimento de todos os dados o utilizador clicar no bot o para continuar e ser criado um ficheiro XML que poder ser disponibilizado para os utilizadores do laborat rio virtual atrav s do m dulo de gest o de ficheiros existente no Moodle 2 Laborat rio Virtual A aplica o Laborat rio Virtual tem como objectivo permitir ao utilizador realizar actividades experimentais criadas atrav s do m dulo do Moodle 103 2 1 Requisitos e Java Running Environment 6 0 ou superior e Java 3D 2 2 Interface 1 Menu Ficheiro 2 Menu Ac es 3 Objecto Seleccionado 4 Quadro de informa es gerais 104 Ver Conteudo Mover Verter Misturar Girar Desseleccionar E Esta actividade tem por E objectivo determinar dos E a cares fornecidos o que E provoca maiores taxa de E fermenta o aviso Nenhum aviso a relatar 5 Figura 6 Interface do Laborat rio Virtual 5 Quadro de avisos 6 Barra de progresso 7 Bot o para visualizar o protocolo 8 Bot o para visualizar os resultados 9 Menu de conte
63. e o http www chemcollective org vlab vlab php 16 virtualLaboratory net inc 2009 Virtual Laboratories socratic simulators Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http virtuallaboratory colorado edu 17 Rodello I A 2001 VRLabQuim Laborat rio Virtual de Quimica Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www fearp usp br rodello VRLabQuim LabQuim htm 18 Pirelli 2010 Pirelli Internetional Award Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www pirelliaward com edY tpp html 19 Davison A 2004 Java Programming Techniques Chapter 7 Java 3D Intro Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http fivedots coe psu ac th ad jg ch0O7 ch07 pdf 77 20 Java net 2007 Java 3D Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o https java3d dev java net 21 Sun Java 3D API Scene Graph Overview Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http download java net media java3d javadoc 1 4 0 javax media j3d doc files SceneGraphOverview html 22 Google Code 2010 O3D Plug in API Deprecated Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http code google com intl pt PT apis o3d 23 Google Code 21010 O3D WebGL implementation of O3D Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http code google com p o3d 24 An nimo 2010 WebGL Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o https www khronos or
64. e Maioritariamente PS Desnecess rios ERA bes Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Os passos para verter sao E Maioritariamente Maioritariamente ing dr E Desnecess rios Eae ae Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Os passos para girar sao oats Maioritariamente Maioritariamente ye ee Desnecessarios ae e Imprescind veis Desnecess rios Necess rios Os passos para desseleccionar s o Em Maioritariamente Maioritariamente CARETTA Desnecess rios eY nas Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Comente ou sugira altera es a aplica o de acabou de testar No Moodle a liga o para inicializar a aplica o deveria estar na rea das actividades em vez de estar na administra o Adicionar dicas no interface O desseleccionar podia ser feito ao clicar numa zona sem objectos N mero de utilizador 6 Idade 16 Ano escolar 10 Com que frequ ncia utiliza um laborat rio Nunca Raramente Algumas vezes semana Todos os dias Com que frequ ncia utiliza um ambiente virtual Nunca Raramente Algumas vezes semana Todos os dias Ao utilizar a aplica o a compreens o do tema Reduz Permanece igual Aumenta Aumenta muito Os resultados apresentados s o Dificilmente esa Facilmente Confusos eae Perceptiveis geet perceptiveis perceptiveis 96 O registo do conhecimento
65. e executadas e o tempo restante para realizar a actividade Como vis vel na Figura 4 10 esta actividade possui um tempo limite de 10 minutos Laborat rio Virtual de Biologia ActividadeTestexml fs fe ies Ficheiro Ac es f Objecto Seleccionado X Y Nenhum Objectivo Esta actividade tem por objectivo determinar dos f a cares fornecidos o que provoca maiores taxa de fermenta o Aviso 1 Nenhum aviso a relatar 4 Protocolo Resultado Figura 4 10 Ecr inicial da aplica o Laborat rio virtual A sec o de caixas de texto que se encontra na direita destina se respectivamente de cima para baixo a informar o utilizador qual o objecto por ele seleccionado a mostrar o objectivo da actividade e durante a execu o desta a mostrar o registo de ac es ou outras informa es pedidas pelo utilizador e finalmente a exibir avisos ao utilizador Nesta sec o ainda mostrado o progresso da actividade e os bot es para ver o protocolo experimental e ver os resultados sendo que este ltimo apenas encontra se activo ap s todos os passos necess rios terem sido completados correctamente A sec o do ambiente virtual utilizada para interagir com os objectos Essa interac o realizada utilizando o bot o esquerdo do rato para seleccionar os objectos e o bot o direito para mostrar o menu de contexto Este menu pode ser visualizado na Figura 4 11 e
66. eagentes necess rios para cada actividade experimental RF10 Visualizar as ac es do utilizador durante a execu o da actividade 39 RF11 Visualizar um grafico ou tabela com os resultados da experi ncia RF12 Guardar um hist rico das varias ac es do utilizador RF13 Criar relat rios experimentais e RF14 Recome ar a actividade experimental 4 2 2 Requisitos n o funcionais Os requisitos n o funcionais s o como o pr prio nome indica o oposto aos requisitos funcionais isto s o os pedidos do cliente que n o se traduzem em funcionalidades ou servi os da aplica o Todavia estes requisitos influenciam a aplica o de uma forma muito mais profunda a que aparentam pois muitos deles encontram se relacionados com quest es como desempenho ou seguran a 53 Assim sendo definiu se como requisitos n o funcionais a seguinte lista onde os quatro primeiros dizem respeito plataforma Web e os restantes s o referentes ao laborat rio virtual RNF1 A plataforma Web dever utilizar o Moodle RNF2 Nos t picos do Moodle dever ser poss vel adicionar hiperliga es para os laborat rios virtuais RNF3 A configura o de um laborat rio virtual dever ser realizada atrav s de um formul rio RNF4 As v rias configura es dever o ficar guardadas em documentos XML RNFS Ap s clicar na liga o do Moodle dever ser mostrado um ambiente virtual com v rios dodecaedros RNF6
67. ela em udio a primeira vez Sim Sim guarda g registo de Registo do guarda 2 a E A N o N o N o ac es e gera conhecimento estado da aplicacao um modelo P de relat rio Adaptabilidade Baixa Baixa Baixa Baixa Alta Tecnologia Flash Java HTML Flash VRML Java 3D Perante a Tabela 6 notamos que o VirtualLabs UMa por compara o aos restantes laborat rios oferece um nivel de liberdade para o utilizador realizar as suas ac es elevado todavia mant m no focado no objectivo que este ter de cumprir avaliando as ac es realizadas segundo um protocolo escolhido e disp em de um bom mecanismo para registar a actividade desenvolvida Contudo observamos ainda que a interface do laborat rio n o totalmente intuitiva para utilizadores novatos ao contr rio de laborat rios como os da HHMI 71 Apesar do que foi mencionado o que mais distingue o VirtualLlabs UMa das restantes aplica o a sua adaptabilidade Atrav s do mecanismo da cria o de protocolos esta aplica o adquire a capacidade de poder suportar novos protocolos criados pelos professores de acordo com a necessidade educativa do conte do estudado De forma a validarmos o trabalho realizado perante a comunidade cient fica foi submetido um artigo 61 confer ncia IEEE International Conference on Multimedia Computing and Systems 6 2 Perspectivas futuras Como pode ser constatado at momento Virtuallabs UMa e o m dulo do Moodle ainda
68. em requisitos funcionais e requisitos n o funcionais e dentro de cada subgrupo ainda s o apresentados respectivamente os requisitos para o VirtualLabs UMa e para a plataforma Web que ir realizar um papel de suporte ao laborat rio Ainda na fase de levantamento dos requisitos da aplica o desenvolvida apresentamos um diagrama de casos de utiliza o para que seja vis vel quem s o os utilizadores da nossa aplica o e que ac es podem realizar ao utiliz la De forma a apresentamos a fase do desenho da aplica o desenvolvida apresentamos a arquitectura da aplica o atrav s da organiza o dos principais m dulos do laborat rio virtual implementados e suas inter rela es assim como as rela es com a plataforma Web utilizada Por fim o processo de implementa o da aplica o apresentado onde s o descritos os principais desafios encontrados que ferramentas foram utilizadas e ainda apresentamos as principais caracter sticas e poss veis interac es com a aplica o desenvolvida 4 2 Requisitos Os requisitos traduzem as necessidades que um cliente pretende que sejam satisfeitas pela aplica o a ser desenvolvida 51 Estes ir o servir de linhas guia e de certo modo se representarem uma parte do sistema ou possu rem uma elevada import ncia podem at ser objectivos a atingir na calendariza o do desenvolvimento do projecto 38 O processo de defini o destes requisitos necessita se
69. emover o foco de um objecto seleccionado permitindo ao utilizador seleccionar um novo Tal como o Girar para realizar esta ac o o utilizador s ter de optar pela ac o Desseleccionar no menu de poss veis ac es quando existe um objecto seleccionado 2 3 Visualizar o Protocolo Experimental Durante a execu o do protocolo experimental o utilizador da Aplica o Laborat rio Virtual poder dependendo das permiss es que possui consultar o protocolo experimental Para realizar tal ac o ter de clicar no bot o designado por protocolo presente no canto inferior direito da aplica o e ser lhe mostrado as informa es que possui acesso no quadro de informa es gerais 2 4 Visualizar os Resultados Para visualizar os resultados o utilizador dever clicar no bot o designado por resultados existente no canto inferior direito da aplica o Este bot o ir estar inactivo durante a realiza o da actividade e s tornar se activo no momento em que o utilizador realiza todos os passos da actividade que est a realizar Ao clicar neste bot o ir ser mostrada uma nova janela que cont m a tabela de resultados e tr s bot es um para criar um modelo de relat rio da actividade experimental Gerar Relat rio um para mostrar a pr xima coluna de resultados Reagir caso assim seja definido pelo criador da actividade e um bot o para fechar a janela de resultados Sair Na Figura 7 podemos observar a janel
70. ermanece igual Aumenta Aumenta muito 92 Os resultados apresentados s o Dificilmente Rha Facilmente Confusos Sara Perceptiveis Sih perceptiveis perceptiveis O registo do conhecimento cria o do relat rio Dificultado Indiferente Simplificado Trivial A aplica o reage como esperado as interac es Nunca Raramente Frequentemente Sempre A interface percept vel Nunca Raramente Frequentemente Sempre A interface promove uma f cil interac o Nunca Raramente Frequentemente Sempre Os passos para mover s o Done Maioritariamente Maioritariamente exes na Desnecessarios Fa a Imprescind veis Desnecess rios Necess rios Os passos para verter s o dis Maioritariamente Maioritariamente ye sa Desnecess rios ma Ro Imprescind veis Desnecess rios Necess rios Os passos para girar s o a Maioritariamente Maioritariamente PRO pr ha Desnecess rios a ae Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Os passos para desseleccionar sao Eae Maioritariamente Maioritariamente MA E Desnecess rios mn rE Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Comente ou sugira altera es a aplica o de acabou de testar Mover podia ser apenas clicar no objecto e depois no destino Desseleccionar poderia ser realizado automaticamente quando escolhe se outro objecto
71. es classificadas como laborat rios virtuais indicando as principais assinalando as vantagens e desvantagens comuns maioria dos laborat rios virtuais Em seguida abordaremos quais os principais componentes e ou funcionalidades que s o consideradas como essenciais para classificar uma aplica o virtual de laborat rio virtual Por fim discutiremos como poss vel avaliar a efic cia de um laborat rio virtual como ferramenta para transmiss o de conhecimento 3 2 Quem e porque utilizar um Laborat rio Virtual Quando pensamos em quem ser o p blico alvo de um laborat rio virtual intuitivamente pensamos em alunos de uma escola talvez em investigadores e embora n o estejamos totalmente errados conveniente ter uma vis o mais ampla do que o laborat rio virtual oferece para assim definir a quem ele realmente se destina Um laborat rio virtual por ser uma aplica o inform tica n o est restrito a condicionantes como tempo e espa o podendo ser alcan ado um resultado muito semelhante despendendo muito menos tempo e ocupando um espa o infinitamente inferior ao que seria necess rio para realizar determinadas actividades experimentais num laborat rio real Os laborat rios virtuais tamb m v m ao encontro das necessidades materiais durante as actividades experimentais Por vezes os aparelhos e reagentes a serem utilizados numa determinada experi ncia podem ser de 30 dif cil acesso quer por raz
72. eseeeess 23 2 6 4 VRLADOUI quaresma sines de Ia a Sag Palas RIOR a Dis ado hs Bibs 24 21 CoNclUS O sss a sion gcse ctedatard Dieaa de usanan andado ses sindaa bina dad aeb antas adiada aS 25 3 Laborat rio Virtual Caracteriza o ccc cccecec ec ee ee eecececeeeeeeeeeeeeneeneeenes 29 Sil HAtrOdUCA OF 520 sem dantcer acu a ATO da stds cade dda ada ADIOU an eee 30 3 2 Quem e porque utilizar um laborat rio virtual cccceee eee eeeee 30 3 3 Vantagens e desvantagens de um laborat rio virtual 31 3 4 Principais componentes do Laborat rio Virtual 33 3 4 1 Reagentes e Ferramentas eee ee nese eee eceeeeneneneeaeaees 33 3 42 Protocolo wise ass sauei oie Granma nie a tases Mtdatdes ud gaa a ada Da ie shan pd aa uc Saad 34 3 43 Resultados ess ses uidane ns dale dois td alo ea ne Ta da a e AU Tide 34 3 5 Avalia o do aprendizado unicas sie Naa E Aa en tiaeentaces 35 3 0 CONCIUS O usada gusta Gaede ada Ta DARDO RS TU ad oes eae Meee eke 36 4 Laborat rio Virtual Principal Contribui o ii 37 Al 1 E ob cio o Nb or OF arrere DRDS O DR DE ER PAR RD ER 38 4 2 REQUISILOS sua Ses caga das oie lcs noso ita Sabine do n o ied lates pata dade la resgata dss 38 4 2 1 Requisitos Funcionais cs src EEEE aranaa 39 4 2 2 Requisitos n o FUNCIONAIS cece ee eee ee ee eee eects eeneneenenees 40 4 3 Casos de UtiliZa CaO eserine ida
73. ess rios 0 Maioritariamente Desnecess rios 0 Maioritariamente Necess rios 2 Imprescindiveis 4 65 11 Os passos para girar s o Maioritariamente Maioritariamente ind veis 3 Desnecess rios 1 Necess rios 2 miptesclndvels 3 Desnecessarios 0 12 Os passos para desseleccionar s o Maioritariamente Maioritariamente ind veis 2 Desnecess rios 0 Necess rios 2 mpresclndivelede Desnecess rios 2 13 Comente ou sugira altera es a aplica o de acabou de testar Facilitar a forma de desseleccionar um objecto Adicionar a mais op es para movimentar se dentro do laborat rio rato teclas AWSD Dar algumas dicas quando a aplica o inicializada No Anexo D s o apresentados os seis formul rios preenchidos pelos utilizadores a sua consulta permitir um maior detalhe a n vel das respostas obtidas Devido a factores externos ao trabalho os testes ao m dulo do Moodle apenas puderam ser realizados a um utilizador e embora os dados recolhidos n o sejam estatisticamente relevantes serviram de alerta para poss veis falhas existentes na interface 5 4 Conclus o Atrav s dos dados recolhidos observamos facilmente que para o VirtualLlabs UMa existe um grande intervalo entre os tempos que o utilizador experiente e os utilizadores novatos necessitam para realizar as mesmas tarefas indicando que a apli
74. esta escala sendo o objecto representado com as dimens es 1 17x0 5x2 Se um objecto possuir as dimens es 0 5x0 2x0 2 ele sofrer o mesmo processo sendo 50 representado com os valores 2x0 8x0 8 e s depois de executar esta adapta o se s o aplicas as transforma es como escala ou posi o Isto revelou se um pouco confuso de trabalhar uma vez que necess rio ter em mente que o objecto antes de ser transladado para a posi o pretendida ele sofre duas mudan as de tamanho e o valor necess rio para o colocar numa posi o est dependente do tamanho do objecto 4 7 Ferramentas Utilizadas Para desenvolver qualquer aplica o tem sempre de existir um bom planeamento de como o processo ir ser implementado e uma escolha cuidada de quais as ferramentas que ir o auxiliar nos nesse processo Geralmente as plataformas de desenvolvimento v m simplificar o processo de quem est a desenvolver aplica es oferecendo um ambiente com m ltiplas funcionalidades No mbito deste projecto as ferramentas utilizadas para desenvolver toda a parte de codifica o foram o ambiente de desenvolvimento de software Eclipse 46 a ferramenta para edi o de texto Notepad 47 o servidor XAMPP 48 e a extens o para o browser firefox denominada de firebug 49 Tamb m foi necess rio recorrer a ferramenta de modela o 3D optando se pelo 3D studio Max 50 O Eclipse consiste na jun o de um ambiente de desenvolvimento
75. g webgl wiki Getting Started 25 W3C 2010 Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www w3 org 26 W3C 2010 Extensible Markup Language XML Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www w3 org XML 27 Java 2010 What is Java Web Start and how is it launched Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endereco http www java com en download faq java_webstart xml 28 Planet JFX 2010 JNLP Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http jfx wikia com wiki JNLP 29 Morri Aldo 1997 A bright future for distance learning One Touch Hughes alliance promotes interactive e learning service Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http connectedplanetonline com mag telecom_bright_future_distance 30 Youtube 2010 Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www youtube com 78 31 Facebook 2010 Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www facebook com 32 Karrer Tom 2007 Understanding E Learning 2 0 Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endereco http www astd org LC 2007 0707_karrer htm 33 Moodle 2010 Moodle org About Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http moodle org about 34 w3Schools 2010 DTD Tutorial Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www w3schools com dtd default asp 35 w3Schools 2010 Introduction to XML Schema Consul
76. gundo as regras de como e quando essas interac es dever o ser feitas para serem consideradas correctas e por fim os resultados s o os objectivos de se realizar uma actividade experimental e a partir destes que se podem tirar conclus es acerca do que foi realizado Finalmente afirmamos que para demonstrar o que foi aprendido durante a actividade devemos registar sob a forma de um relat rio Esse relat rio o principal meio de avalia o que um professor possui caso o utilizador seja um estudante sendo por isso bastante importante oferecer um suporte realiza o dos mesmos por parte do laborat rio virtual No pr ximo cap tulo apresentamos o processo seguido para desenvolver todo o sistema em torno do laborat rio virtual e discutiremos como a interac o do utilizador com o sistema realizada 36 4 Laboratorio Virtual Principal Contribuicao At agora os fil sofos ficam preocupados na interpreta o do mundo de v rias maneiras O que importa transform lo Karl Marx 4 1 Introducao Ap s uma breve an lise a alguns laborat rios virtuais tecnologias e plataformas de e Learning existentes e no cap tulo anterior caracterizarmos as aplica es denominadas por laborat rios virtuais neste cap tulo apresentamos a nossa contribui o no dom nio dos laborat rios virtuais Para isso em um primeiro momento os requisitos existentes para este projecto ser o apresentados subdividindo os
77. guntas 7 o Q Ficheiros Perfil 8 Oo Criar protocolo VLab Baixar aplica o VLab 9 oO Grupos de disciplinas 10 Oo Documenta o Moodle para esta pagina Nome de utilizador Administrador Utilizador Professor Retomar o meu cargo habitual P gina principal Figura 4 7 Vis o de uma disciplina segundo um professor 53 Ao optar por criar um novo protocolo o utilizador sera levado para o ecra mostrado na Figura 4 8 por outro lado se optar por editar um documento o ecra mostrado sera id ntico mas com os dados ja preenchidos Na Figura 4 8 observamos que para criar um novo protocolo o respons vel ter de preencher quatro grupos diferentes de dados O primeiro cont m as configura es b sicas do ambiente virtual como por exemplo o seu objectivo dura o ou n vel de informa o dispon vel para o aluno O grupo seguinte servir para introdu o dos v rios objectos que ir o compor o ambiente virtual Th Teste Disciplina Teste Criacao Protocolos Ir para x Teste Criar Protocolo Configuracoes Base Nome Objectivo do Protocolo Duracao Sem limite minutos Mostrar Protocolo Ocultar z Mostar Accoes Modo Verboso Objectos Ainda nao existem objectos adicionados Adicionar Objecto Protocolo Adicionar Grupo Resultados A tabela de resultados devera conter linhas e colunas criar_ Continuar Voltar Figura 4 8 Ecr de cria o de um novo protocolo experimental Ao adiciona
78. ico Howard Hughes ficaram classificados em primeiro lugar na Pirelli INTERNETional Award competition 18 em 2002 por possu rem uma interface sofisticada para a simula o de pr ticas laboratoriais atrav s das quais a comunidade de estudantes de medicina e forasteiros que por motivos did cticos ou pessoais ou por simples curiosidade intelectual podem facilmente compreender algum processos cient ficos Observando a Figura 2 4 notamos que estes laborat rios virtuais s o aplica es 2D e est o organizados em duas sec es Na primeira existe uma aplica o flash onde o utilizador vai clicando nos objectos indicados e dessa forma completando o protocolo experimental Na segunda parte existe um conjunto de separadores onde podemos obter informa es mais detalhadas sobre os v rios passos do procedimento ou os v rios utens lios usados somos informados tamb m do objectivo do laborat rio virtual e existe ainda um separador para o utilizador verificar as respostas que deu as v rias quest es realizadas durante a actividade Embora estes laborat rios virtuais estejam muito bem concebidos para dar a entender o processo que deve ser realizado as ac es que o utilizador tem de realizar n o permitem que este tome a iniciativa estando limitado a interac o permitida e as hip teses permitidas pela aplica o The Virtual t Notebook TRANSGENIGIEISYA Part 1 Prepare DNA that will be incorporated into the fly genome Step
79. imeiras representam respectivamente a escala posi o rota o e modelo que ir ser desenhado no ambiente virtual e Data cont m a informa o necess ria sobre o objecto em causa a sua estrutura encontra se descrita na Tabela 5 46 Tabela 5 Elementos que constituem os dados de cada objecto Elemento Fun o Id Identificador interno do objecto Name Nome do objecto Action Codifica o das ac es que podem ser executados sobre o objecto Indica se o objecto necess rio ou n o para Available a actividade Quantit Indica o volume inicial Initial e maximo y Maximum de um recipiente Dimension Guarda as dimens es do objecto Indica o desvio necess rio para desenhar os Offset objectos nos locais correctos E Indica o tamanho da matriz existente em Capacity alguns objectos para colocar outros objectos O procedimento Procedure constitui a terceira parte e representa as ac es que o utilizador tem de realizar no ambiente virtual Uma vez que era necess rio uma determinada ordem optou se por definir um Procedure como um ou mais grupos de tarefas Group que ser o realizados pela ordem em que s o descritos e cada grupo composto por uma descri o GroupDescription e um conjunto de tarefas Task que podem ser realizadas sem ordena o A Figura 4 5 oferece uma melhor vis o sobre a forma como ShowaAll a etiqueta Procedure encontra se constitu da EirstColumi Procedure
80. integrado com um sistema de extens es plug in que come ou a ser desenvolvido pela IBM e neste momento encontra se sob uma licen a p blica sendo mantido por uma comunidade de software Neste projecto o Eclipse foi utilizado para desenvolvimento e depura o de todo o c digo java e com a adi o da extens o para PHP o eclipse foi utilizado tamb m para desenvolvimento do c digo PHP orientado a objectos necess rio para criar o m dulo desenvolvido para a plataforma Moodle Quando foi necess rio trabalhar com outras tecnologias n o orientadas a objectos nomeadamente PHP e XML recorreu se a um editor de texto com algumas funcionalidades extras como reconhecimento da sintaxe denominado 51 Notepad Optou se por utilizar esta ferramenta as outras existentes para desenvolver c digo PHP e javascript devido a sua simplicidade e alto desempenho Infelizmente o Notepad n o possui ferramentas de depura o de c digo para estas linguagens de programa o devido a este facto optou se por testar todo o c digo desenvolvido de forma local ao inv s de actualizar os ficheiros no servidor a cada altera o realizada tornando assim todo o processo muito mais gil Para realizar esses testes necessitou se de um servidor que possu sse um interpretador de PHP recorrendo ao XAMPP para tal O XAMPP consiste na sua forma mais b sica num servidor Web apache uma base de dados MySQL e nos interpretadores de PHP e Perl podendo caso
81. io e rodar como est demonstrado na figura 7 6 Verificar a altura da coluna de g s com a r gua e anote a 7 Verificar de 15 em 15 minutos com a r gua a altura da coluna de g s e anotar o valor na seguinte tabela o Tempo de incuba o minutos Tubo In cio 15 30 45 60 75 90 Question rio 1 Referir a origem do g s produzido 2 Indicar qual o tubo em que se formou uma maior coluna de g s 3 Inferir qual o tubo onde a taxa de fermenta o foi superior Justifica 4 Enumerar os substratos que as leveduras s o capazes de utilizar 5 Apresentar uma hip tese para o nivel da coluna de gas se manter constante no tubo 4 6 Indicar a finalidade do tubo 6 85 Anexo B Exemplo de protocolo em formato XML lt Protocol gt lt Focus gt Esta actividade tem por objectivo determinar dos a cares fornecidos o que provoca maiores taxa de fermenta o lt Focus gt lt Time gt 10 lt Time gt lt VerboseLog gt false lt VerboseLog gt lt ShowAction gt false lt ShowAction gt lt ProtocolDisplay gt 1 lt ProtocolDisplay gt lt Object gt lt Scale gt 0 2 lt Scale gt lt Position gt lt XPosition gt 9 5 lt XPosition gt lt YPosition gt 7 13 lt YPosition gt lt ZPosition gt 2 8 lt ZPosition gt lt Position gt lt Rotation gt lt XRotation gt 0 0 lt XRotation gt lt YRotation gt 0 0 lt YRotation gt lt ZRotation gt 0 0 lt ZRotation gt lt Rotation gt lt Model gt Objectos Suporte4
82. lmente quando falamos de e Learning deveriamos pensar na sua vers o 2 0 que recorre as vantagens oferecidas pela Web 2 0 para criar os seus ambientes A principal vantagem que os ambientes e Learning 2 0 possuem a facilidade com que qualquer utilizador da Internet capaz de criar ou contribuir com novos conte dos para a Internet veja se o exemplo dos blogs s tios de transmiss o de v deo ou redes sociais 32 Embora n o seja intuitivo para alguns utilizadores mais tradicionais os tr s exemplos dados do ponto de vista do conceito e Learning 2 0 s o efectivamente ambientes e Learning que muitos utilizadores recorrem quando necessitam de algum tipo de conhecimento Imagine se a quantidade de tutoriais em formato v deo que existe em locais como youtube 30 ou a quantidade de informa o trocada entre utilizadores do facebook 31 Na tabela 2 resume se a evolu o dos ambientes e Learning at a actualidade 18 Tabela 2 Resumo da evolu o dos ambientes e Learning E Learning 1 0 E Learning 1 3 E Learning 2 0 Wiki e Orientado a e Refer ncias ne ee Bese e LCMS Principais cursos hibridas e Blogs E LMS LCMS componentes e Add ins eFerramentas de eFerramentas de L Z e Mash ups autoria autoria r pida Bottom up Epad Top down Top down guiada a PropTICTATIOR unilateral colaborativa aprendizagem peer learning Tempo de Longo R pido Praticamente desenvolvimento amp P inexistente Tama
83. ma de modela o por exemplo 3D Studio Max 50 e depois exportados para serem integrados no laborat rio virtual Estudou se ainda as tecnologias XML JNLP e o ambiente e Learning Moodle e compreendeu se o XML permite o armazenamento de dados e possibilita uma troca destes entre aplica es sem a influ ncia de como eram ou ser o visualizados O JNLP foi aplicado de forma a facilitar a distribui o da aplica o recorrendo Internet uma vez que este protocolo permite ao utilizador inicializar uma aplica o Java existente na Internet como se esta estivesse instalada no seu computador Ainda neste projecto pudemos verificar como o ambiente e Learning Moodle permite uma maior escalabilidade e oferece diferentes servi os tais como controlo de utilizadores gest o de ficheiros e troca de informa o atrav s de f runs ou blog facilitando a interac o entre professor e alunos 27 3 Laboratorio Virtual Caracterizacao Uma obra de arte s superior se for ao mesmo tempo um s mbolo e a express o exacta de uma realidade Euvres completes de Guy de Maupassant Volume 28 p gina 122 Guy de Maupassant L Conard 1926 3 1 Introducao Para que uma aplica o virtual seja utilizada por um numero razo vel de utilizadores imperativo que esta seja uma resposta a um conjunto de necessidades existentes Neste capitulo iremos falar um pouco dessas necessidades e de quem dever utilizar as aplica
84. mpre de um trabalho em comum entre desenvolvedores e clientes pois os clientes ir o indicar quais as funcionalidades que pretendem e os desenvolvedores indicar o a viabilidade desses requisitos perante a tecnologia existente ou pretendida pelo cliente de salientar que estes requisitos n o s o est ticos sendo algo que se define numa primeira reuni o e v o se refinando ao longo do desenvolvimento do projecto 4 2 1 Requisitos funcionais Por requisito funcional entende se todo o pedido do cliente que possa ser implementado e que de alguma forma ir agir como uma fun o ou servi o disponibilizado pelo sistema implementado 52 Assim definiu se em primeiro lugar o que deveria ser responsabilidade da plataforma Web e chegou se a conclus o que esta deveria RF1 Gerir utilizadores RF2 Funcionar como centro de recursos possibilitando a troca de ficheiros entre professor e alunos RF3 Possuir um forum RF4 Permitir acesso ao laborat rio virtual e RF5 Criar configura es para os laborat rios virtuais De seguida repetiu se o mesmo processo mas desta vez para o laborat rio virtual e concluiu se que a este competiam as funcionalidades RF6 Executar mais do que uma actividade experimental por laborat rio 66 RF7 Executar sobre os objectos as ac es seleccionar mover verter e Uns girar RF8 Controlar o tempo no ambiente virtual RF9 Visualizar os materiais r
85. n de geometria Observando a Figura 2 1 percebemos melhor esta divis o entre perfil componente e n Figura 2 1 Rela o entre Perfil Componente e N Outra grande vantagem do X3D sobre o VRML reside no facto deste ser modular isto muito desenvolvedores n o t m de ter em conta uma especifica o grande e complexa mas sim pequenos m dulos que podem ser agregados como as pe as de um puzzle at obtermos o resultado pretendido 13 Uma vez que esta linguagem um melhoramento ao VRML esta tamb m necessita de uma extens o para que os ambientes virtuais baseados em X3D possam ser visualizados Hoje em dia a maioria das extens es existentes est o concebidas para suportar X3D interpretando tamb m o VRML o reverso ja n o suportado isto significa que as extens es criadas para VRML apenas suportam esta linguagem e n o X3D 12 2 3 3 Java3D A tecnologia Java3D 20 foi inicialmente desenvolvida pela Sun Microsystems no ano de 2002 contudo devido falta de ader ncia dos programadores a Sun decidiu cortar os fundos para a manuten o e desenvolvimento do java3D declarando o em 2004 como open source O Java3D at ao momento tem sido mantido por uma comunidade online 20 Java 3D como o pr prio nome indica um conjunto de classes java criadas para funcionarem como uma interface de desenvolvimento de ambientes 3D Tal como o java esta API segue um paradigma orientado a objectos e baseia se
86. na ideia de compile once run everywhere compila uma vez e executa em qualquer lado dado desde o inicio uma enorme portabilidade ao Java 3D que n o se encontrava no VRML por exemplo 13 A cria o de um ambiente virtual em Java3D segue 11 passos 13 sendo eles 1 Cria o de uma base para exibi o de um grafo de cena denominada por Canvas3D 2 Criar um objecto Universo Virtual que ir conter as cria es 3D 3 Criar um objecto locale e relacion lo com o universo virtual O locale ir conter as localiza es dos objectos num dado universo virtual 4 Construir um view branch graph que ir descrever os par metros de visualiza o como direc o e posi o 5 Criar o objecto view que definir os par metros e politicas de visualiza o ou seja um ponto de vis o dentro de um locale 6 Criar um View Platform 7 Criar um Physical Body que ir ajustar par metros relacionados com o ponto de vis o com por exemplo a localiza o dos olhos 8 Criar um Physical Enviroment que descrever o ambiente do utilizador Geralmente utilizado para lidar com dispositivos de visualiza o sensores e dispositivos de udio 13 9 Relacionar os objectos criados no ponto 6 7 e 8 com o View 10 Construir a especifica o do conte do do universo virtual denominada content branch graph e 11 Compilar o view branch graph e o content branch graph Todavia este procedimento n o necessita de
87. nado a primeira interac o do ciclo de desenvolvimento necess rio voltar a redesenhar as funcionalidades menos intuitivas implement las e voltar a realizar testes com utilizadores que ainda n o 70 utilizaram a aplica o Todavia isso discutido na pr ximo sec o deste cap tulo A n vel dos laborat rios virtuais estudados uma tarefa dif cil comparar a aplica o desenvolvida com as j existentes pois estes laborat rios s o ferramentas extremamente focadas num s objectivo ainda assim na tabela 6 realiza se uma poss vel compara o entre todos os ambientes virtuais estudados e aquele que foi desenvolvido Tabela 6 Compara o entre os laborat rios estudados e a aplica o desenvolvida Chem Virtual P VirtualLabs HHMI Collective Laboratories VRLabQuim UMa Ambiente 2D 2D 2D 3D 3D Total liberdade de Cliques nas acces zonas Bot es e Total SOES Total liberdade i necessita de Interac o assinaladas L preenchimento liberdade de de ac es 5 completar o para de tabelas ac es rossesuir protocolo p para prosseguir be Facilmente O utilizador P percept vel confusa i necessita de ENE todavia a ossuir algum inicialmente interface Informa o e Facilmente P Facilmente mas bem E 2 conhecimento pode ser interface percept vel ae perceptivel suportada da tem tica Ea confusa para para perceber Ea quem o 2 explica es E as informa es Efe utiliza p
88. nho as 60 Minutos 15 Minutos 1 Minuto conte do Altura do acesso Antes do trabalho Entre trabalhos Durante trabalho Entrega dos Um documento V rias partes Quando documentos requisitado Analisando a tabela 2 conclu mos que os ambientes e Learning est o a evoluir num sentido de disponibilizar a informa o cada vez em menores quantidades mas a uma velocidade muito superior sendo esta acedida durante o trabalho para o qual o conhecimento necess rio em vez de se realizar uma prepara o pr via Nota se ainda uma mudan a nos propriet rios passando de uma estrutura top down unilateral onde o conhecimento era facultado por quem o possu a para uma estrutura mais flex vel como top down colaborativo onde o conhecimento continua a ser facultado por quem o possui mas j existe uma maior interac o entre transmissor e receptor chegando finalmente a uma estrutura botton up onde j s o os pr prios interessados em aprender que v o procura do conhecimento e realizam as quest es a quem poder possuir a informa o que necessitam 19 2 5 1 Moodle O Moodle um sistema de gest o de cursos totalmente gratuito desenvolvido por uma comunidade online muito popular entre educadores de todo o mundo como uma ferramenta para criar s tios online din micos para os seus alunos 33 O objectivo do projecto Moodle fornecer as melhores ferramentas para gerir e promover a aprendizagem independentemente da aplica o que lhe
89. nte aguarda que a aplica o apenas gere um ficheiro e n o dois com o mesmo nome mas formatos diferentes bloco de notas e PDF Em suma VirtualLabs UMa apresenta alguns problemas para quem a Dr utiliza pela primeira vez contudo esses problemas tendem a desaparecer medida que o tempo de utiliza o aumenta desta forma deveremos mudar o design da aplica o para torn la mais amig vel durante as primeiras interac es A longo prazo tamb m dever ser alterada a forma como retiramos o foco de um objecto Actualmente esta ac o realizada recorrendo op o desseleccionar e embora a maioria dos utilizadores considere se que esta op o est bem implementada acham na desnecess ria e confusa Todavia atrav s dos dados recolhidos podemos assumir que a utiliza o desta aplica o vir a influenciar positivamente a presta o dos alunos num laborat rio real uma vez que foi identificado a reac o contr ria a experi ncia com laborat rios reais influ ncia o desempenho no laborat rio virtual entende se que um teste a longo prazo poder provar a exist ncia da reac o pretendida Durante os testes ao m dulo do Moodle tamb m foram encontrados alguns problemas principalmente na composi o do laborat rio virtual onde o utilizador tem de colocar os objectos no local pretendido atrav s do m todo de tentativa e erro tornando esta tarefa lenta complexa e extremamente tediosa se pretendermos criar um lab
90. o podemos dizer que correcto verter 10 ml do reagente X para um tubo de ensaio mas s quando o tudo de ensaio se encontra num suporte em cima do balc o de trabalho Assim sendo nele dever estar descrito quais s o os objectos necess rios para a experi ncia onde eles devem se encontrar qual o seu conte do e qual a sequ ncia de ac es a realizar sobre este conjunto de objectos No anexo A podemos observar um protocolo experimental que ir ser adaptado para ser utilizado no nosso laborat rio virtual Nele podemos observar uma distinta divis o em quatro partes A primeira parte geralmente composta por uma breve introdu o a actividade experimental onde s o mencionadas as suas raz es e objectivos Na segunda parte encontramos uma lista de todo o material necess rio a actividade Embora n o seja obrigat rio regra geral esta lista encontra se dividida em duas partes separando os reagentes dos v rios utens lios que ser o necess rios A terceira parte cont m o procedimento o seja o conjunto de passos l gicos que anteriormente foram referidos neste t pico Finalmente a quarta parte facultativa e em muitos protocolos inexistente Esta parte consiste num conjunto de quest es os dicas para guiar o aluno quanto este estiver a tirar as suas conclus es a cerca da actividade realizada 3 4 3 Resultados Finalmente temos os resultados estes s o o objectivo de toda a actividade experimental e a partir dele
91. o esta a ser mantido Microsystems por uma comunidade James Filme que utilizou conceitos de 2009 Avatar RV e gerou 2000 bilh es de Cameron gt d lares a nivel mundial Nova aposta nas linguagens 2009 Google O3D para ambientes 3D baseados na Web De uma forma mais simplificada basta nos dizer que a RV um espa o em 3D gerado por um computador que simula um ambiente fisico organico recorrendo para tal a um conjunto de equipamentos como computadores perif ricos como luvas ou capacetes projectores de imagens sistemas sonoros e software 2 e apesar da realidade virtual parecer algo futurista este conceito ja existe ha cerca de 45 anos Na tabela 1 resume se a sua historia recorrendo a factos que revelam algum interesse 3 8 Observando a notamos que o desenvolvimento realizado nesta area aconteceu maioritariamente nos finais da d cada de 1970 e durante os anos 80 Actualmente esse desenvolvimento esta fortemente associado com a ind stria dos jogos e cinematogr fica onde observamos um crescimento no retorno financeiro dos filmes que utilizam conceitos de realidade virtual a medida de novas t cnicas v o sendo desenvolvidas e o resultado final melhorado Marie Laure Ryan no seu documento Immersion vs Interactivity Virtual Reality and Literary Theory 4 discute a realidade virtual segundo as suas caracter sticas imersivas e interactivas e segundo estas que pode ser realizada uma classifica o da RV
92. o pr prio RNF19 Todos os materiais dever o estar num arm rio pr prio RNF20 A medida que o utilizador for tirando material do arm rio dever no quadro ficar com uma cor verde os mat rias tirados correctamente e a vermelho os incorrectos RNF21 Ao longo da actividade todas as ac es realizadas pelo utilizador dever o aparecer no quadro sendo que as correctas dever o estar a verde e as incorrectas a vermelho 41 RNF22 Caso o procedimento experimental esteja completo e correcto dever o ser mostrados os resultados para o tempo escolhido no quadro interactivo RNF23 Clicando nos resultados dever ser dado ao utilizador a op o de criar um relat rio e RNF24 Ao passar com o rato por cima de um objecto dever ser exibido o seu r tulo no canto inferior direito do ecr de notar que alguns destes requisitos se tornaram invi veis durante o decorrer do projecto e a sua altera o foi negociada com todos os intervenientes deste projecto Na sec o 6 deste cap tulo ir ser mencionado a forma como estes requisitos moldaram o projecto e de que forma aqueles que n o puderam ser implementados foram contornados ou substitu dos 4 3 Casos de utiliza o Um diagrama de casos de utiliza o tem por objectivo facilitar o entendimento de um sistema mostrando quem interage com ele vulgarmente denominado de actor e as interac es que podem ser realizadas do ponto de vista do utilizador cham
93. odavia os laborat rios virtuais tamb m apresentam algumas restri es sendo a principal delas a necessidade de ter um conhecimento pr vio dos poss veis resultados para uma dada experi ncia por parte de quem est a inseri la no laborat rio virtual Outro factor que n o importante num plano mais te rico como geralmente existe durante o processo de aprendizagem mas afecta a 31 veracidade dos resultados finais o facto de se trabalhar com valores ideais A inexist ncia de aleatoriedade introduzida por quem est a realizar a actividade experimental embora muitas vezes seja uma simplifica o pretendida pelo cliente faz com que se obtenha sempre os mesmos resultados independentemente de quem a est a realizar impossibilitando assim uma discuss o entre os v rios utilizadores que realizam a experi ncia a fim de apurar as causas de uma poss vel flutua o nos resultados Finalmente um laborat rio virtual pode gerar uma falsa sensa o de seguran a Ao entrarmos num laborat rio real podemos ter a tenta o de realizar as mesmas ac es do que num laborat rio virtual n o dando aten o a detalhes que n o s o modelados para o laborat rio virtual criando assim poss veis situa es para potenciais acidentes Por norma nos laborat rio virtuais as ac es do utilizador que n o afectam directamente a actividade n o s o tidas em conta como por exemplo o acumular de objectos no balc o durante o decorrer da
94. orat rio virtual com muitos objectos Ainda na 67 composi o do laborat rio virtual notou se que n o existe nenhuma informa o para o utilizador que indique como este dever proceder caso pretenda alterar os dados sobre um objecto j criado Conclu mos ainda que existem problemas de interac o na cria o de um protocolo Segundo a implementa o actual n o poss vel a um utilizador apagar uma instru o que n o seja a ltima inserida em caso de altera es ao protocolo em alguns casos ser necess rio refazer a maioria das instru es resultando numa maior sobrecarga para o utilizador 68 6 Conclus o e Perspectivas Futuras Unfortunately while all answers are replies not all replies are answers What do you understand now that you did not understand before Ta Lon 9 epis dio 3 temporada de Babylon 5 6 1 Conclus o Ao longo deste documento foram registados os passos efectuados durante o desenvolvimento do projecto VirtualLabs UMa Numa primeira fase realizou se uma pesquisa sobre os conceitos e tecnologias mais relevantes para este projecto que n o se limitou somente a factores inform ticos mas tamb m a termos vulgarmente utilizados no contexto de um laborat rio e a outras aplica es que possam ter uma finalidade minimamente semelhante Durante este per odo de aquisi o de conhecimento sobre o dom nio do problema realizou se um conjunto de reuni es com o cliente a fim
95. os Necessarios 94 Os passos para desseleccionar sao Desnecessarios Maioritariamente Desnecessarios Maioritariamente Necessarios Imprescindiveis Comente ou sugira altera es a aplica o de acabou de testar Arranjar forma de desseleccionar objectos mais facilmente N mero de utilizador 5 Idade 17 Ano escolar 12 Com que frequ ncia utiliza um laborat rio Algumas vezes semana Nunca Raramente Todos os dias Com que frequ ncia utiliza um ambiente virtual Algumas vezes semana Nunca Raramente Todos os dias Ao utilizar a aplica o a compreens o do tema Reduz Permanece igual Aumenta Aumenta muito Os resultados apresentados s o Confusos Dinom ute Perceptiveis lo ao percept veis percept veis O registo do conhecimento cria o do relat rio Dificultado Indiferente Simplificado Trivial A aplica o reage como esperado as interac es Nunca Raramente Frequentemente Sempre A interface percept vel Nunca Raramente Frequentemente Sempre A interface promove uma f cil interac o Nunca Raramente Frequentemente Sempre 95 Os passos para mover s o Er Maioritariament
96. para visualizar e interagir com o sistema e na l gica de neg cio encontramos toda a parte de armazenamento e processamento de dados Deste modo trabalhamos de uma forma isolada facilitando as tarefas de desenvolvimento testes e manuten o Observando agora a Figura 4 2 e relacionando a com o modelo previamente descrito associamos a componente do ambiente virtual apresenta o view os ficheiros XML e at um certo ponto todo o Moodle correspondem ao modelo model e o processamento de dados corresponde ao controlador controller Processador de dados M dulo de gest o An lise do ficheiro de protocolos XML experimentais block admin php Ficheiros XML Constru o do Ambiente Virtual Ambiente Virtual Altera o do ambiente virtual Desenho do ambiente Virtual Base Dados Moodle Captura de eventos Interpreta o das ac es do utilizador Figura 4 2 Arquitectura do sistema desenvolvido Compreendemos ainda que no mbito deste projecto apenas foi alterado o ficheiro block admin php mantendo se todos os restantes ficheiros do Moodle inalterados No ficheiro mencionado apenas foram inclu das liga es para o modulo de cria o edi o dos protocolos experimentais e para a inicializa o do ambiente virtual Os protocolos criados denominados de ficheiros XML ilustrados na Figura 4 2 cont m todos os dados que o controlador necessita para configurar o
97. piar o que j lhes fornecido no protocolo experimental No entanto esses dados poderiam ser gerados de forma autom tica por alguma ferramenta do laborat rio virtual reduzindo assim o tempo necess rio para elaborar o relat rio e aumentando o tempo que um aluno possui para realizar pesquisas e tirar as suas conclus es 35 3 6 Conclusao Neste cap tulo vimos que um laborat rio virtual destina se a uma vasta gama de utilizadores que pode ir de um simples curioso em rela o a um tema at um aluno que o utiliza como ferramenta de aprendizagem Este vasto grupo de utilizadores deve se n o s ao facto dos laborat rios virtuais possu rem uma grande disponibilidade e mobilidade mas tamb m velocidade que estes permitem na obten o de resultados e n o necessitarem de um espa o muito extenso para serem utilizados em compara o com o espa o necess rio para executar a mesma actividade experimental na realidade As desvantagens apresentadas pelos laborat rios virtuais e que est o directamente relacionadas com o utilizador que est a realizar s o o facto de ignorar todos os pequenos erros a n vel das medi es e trabalhar sempre com os valores ideais dando uma falsa ideia de completa correc o nos passos realizados Vimos ainda que um laborat rio dever sempre conter reagentes e ferramentas um protocolo e um conjunto de resultados Sendo os primeiros os v rios objectos com que o utilizador vai interagir o se
98. precisam de sofrer um processo de refinamento Neste processo os dados fornecidos pelos utilizadores de teste s o fundamentais e uma vez que a maioria deles sentiu dificuldades com a op o desseleccionar futuramente esta op o ser implementada de tal maneira que sempre que um novo objecto seja seleccionado e n o esteja a ser realizada uma ac o o objecto seleccionado mudar para aquele em que o utilizador clicou Outra solu o que dever ser implementada e que a nosso ver ir afectar positivamente a experi ncia dos utilizadores a inclus o de um pequeno tutorial que ser mostrado ao iniciar a aplica o pela primeira vez Esse pequeno tutorial dever aproximar se Figura 6 1 e as dicas apresentadas ser o referentes a forma como o utilizador pode se deslocar dentro do laborat rio e como mover verter e girar objectos Tamb m espera se que futuramente em vez de criar e guardar dois ficheiros no direct rio indicado pelo utilizador a aplica o VirtualLlabs UMa crie uma pasta com o nome escolhido pelo utilizador e dentro desta coloque os dois ficheiros que gera Do nosso ponto de vista estas 3 altera es ir o tornar a aplica o mais f cil de utilizar uma vez que termina com as principais falhas encontradas durante os testes 72 4 Objecto Seleccionado Objectivo Esta actividade tem por objectivo determinar dos a cares fornecidos o que provoca maiores taxa de f fermenta o
99. r sobre o objecto em quest o Caso n o seja seleccionado sempre que o utilizador interagir com o objecto sera mostrado um aviso a Dispon vel Can po informar que o objecto n o necess rio para a actividade em quest o Indica o volume inicial e m ximo que um objecto Quantidade poder conter O valor 1 indica que este par metro ser ignorado dentro do laborat rio virtual Grelha de posi es Indica quantos objectos poder o ser colocados sobre o objecto em quest o Estes objectos ser o organizados segundo uma matriz com o n mero de linhas e colunas fornecido Dimens o Indica as dimens es do modelo 3D para que a grelha de posi es possa ser centrada no objecto Desvio 102 Indica o desvio que a grelha de posi es dever sofrer em rela o ao centro do objecto Finalmente no Ultimo grupo o utilizador tera criar a tabela com os resultados para a actividade experimental Inicialmente ter de inserir o n mero de linhas e colunas e clicar no bot o criar Este n mero poder ser depois alterado recorrendo aos bot es de adicionar e remover linhas ou colunas Ap s o preenchimento da tabela ter ainda de indicar se estes dados ser o mostrados para o utilizador todos na totalidade ou deveram ser mostrados atrav s de cliques caso opte pela segunda op o poder indicar quantas colunas s o mostradas inicialmente Na Figura 5 encontra se exemplificada a parte referente a inser o
100. r um novo objecto o utilizador ser pedido para introduzir todos os dados necess rios por exemplo as coordenadas do objecto no ambiente virtual a sua rota o nos eixos X Y e Z o seu modelo 3D Ao clicar num objecto previamente criado o mesmo formul rio ser apresentado e o utilizador poder alterar as defini es consoante a sua necessidade Ap s a introdu o dos objectos o grupo que se segue ser o procedimento Neste grupo o utilizador poder definir conjuntos de ac es que ter o de ser realizadas durante a actividade Para uma actividade ser realizada com sucesso necess rio que este procedimento seja executado segundo a ordem em que estes conjuntos foram definidos sendo que as ac es dentro de cada grupo podem ser realizadas seguindo qualquer ordem Para criar novas 54 ac es o utilizador opta por adicionar uma nova tarefa e na caixa de selec o que ir surgir escolher o tipo de ac o mover verter ou girar fazendo com que surjam as restantes op es para cada ac o Por fim o ltimo grupo deste formul rio destina se aos resultados da actividade experimental Numa tentativa de generalizar o mais poss vel os resultados consistem numa tabela que o criador da actividade poder preencher da forma que achar mais adequado Ap s confirma o os dados ser o validados e o protocolo ser guardado em conjunto com os restantes documentos da disciplina podendo o professor ou quem tiver privil gios
101. ra 6 3 Wireframe para selec o da ainda realizar uma fase de testes de posi o maior dura o com o objectivo de provar se a aplica o VirtualLabs Uma pode ou n o influenciar a compreens o e presta o dos alunos em ambientes reais 74 7 Refer ncias 1 Lost Design 2009 Glossario de Informatica Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www lostdesign net glossario informatica htm 2 An nimo Gloss rio Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www prof2000 pt users basto glossar htmH4R 3 Bilawchuk Mark 2004 A brief history of virtually Reality Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www bilawchuk com mark history html 4 Ryan Marie Laure 1994 Immersion vs Interactivity Virtual Reality and Literary Theory Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www humanities uci edu mposter syllabi readings ryan html 5 Hunter G Hoffman Richards Todd Coda Barbara Richards Anne amp Sharar Sam R 2003 The Illusion of Presence in Immersive Virtual Reality during an fMRI Brain Scan Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www hitl washington edu people hunter magnetbrenda pdf 6 HPCCV Publications The CAVE A Virtual Reality Theater Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endereco http www evl uic edu pape CAVE oldCAVE CAVE html 7 Robertson G G Card S K Mackinlay J D 1993
102. ra que se possa visualiz lo e interagir com este necess rio recorrer a extens es para o browser Essas extens es podem ser gratuitas ou n o dependendo do n mero de funcionalidades ou qualidade de desenho S o exemplos de extens es o Cortona3D 11 ou Cosmo Player 12 Embora VRML seja uma linguagem que tenha sido idealizada para a Web n o possui a escalabilidade de linguagens como o XML ou o java assim a especifica o VRML foi revista e substitu da pelo X3D 2 3 2 X3D X3D 37 um padr o aberto para distribuir recursos tridimensionais pela Internet combinando dados geom tricos com descri es de comportamentos atingindo um desempenho id ntico ao do VRML mas a altera o sofrida pelo X3D permitiu que a sua transmiss o pudesse ser realizada atrav s de in meros formatos sendo a codifica o mais aconselhada o XML 13 11 Para al m do recurso ao XML o X3D diferencia se do VRML atrav s da utiliza o de perfis e componentes O primeiro n o nada mais do que uma colec o de componentes que n o pode conter outros perfis e a sua descri o obrigat ria num documento X3D Os componentes por sua vez definem uma colec o espec fica de n s e outros componentes Por fim tal como no VRML os n s s o os constituintes b sicos de um grafo de cena e estes podem ser a origem de um novo grafo uma descri o da apar ncia da forma denominado n de apar ncia ou da sua geometria sendo chamado de
103. rar e utilizar o sistema desenvolvido abordando primeiro o m dulo do Moodle e depois a aplica o Laborat rio Virtual 1 M dulo do Moodle O m dulo do Moodle tem por objectivo auxiliar os docentes na cria o das actividades experimentais oferecendo uma interface mais f cil de utilizar por oposi o a redac o dos protocolos recorrendo a um editor de texto 1 1 Requisitos Para que o m dulo do Moodle possa funcionar como planeado necess rio cumprirem se os seguintes pontos e Vers o 1 9 10 do Moodle instalada e Browser firefox ou semelhante e Javascript 1 2 Instala o Para instalar o m dulo necess rio copiar a pasta VLab e todo o seu conte do para dentro da pasta raiz do Moodle por padr o esta pasta raiz chama se moodle Dever o ser ainda substitu dos o ficheiro moodle php presente na pasta moodle lang pt_utf8 e o ficheiro block admin php presente em moodle blocks admin pelos ficheiros fornecidos 98 Dentro da pasta VLab deverao ainda ser colocados os ficheiros VLab JAR e VLab JNLP ap s a configura o deste ultimo Para configurar o ficheiro VLab JNLP o utilizador ter de preencher o campo codebase indicando qual o caminho at o conte do da pasta VLab 1 3 Criar ou Editar protocolos Para aceder ao editor de protocolos o utilizador dever clicar na liga o Criar protocolo VLab presente no menu de administra o Ap s clicar nesta liga o ser dado ao utilizador
104. refas a serem realizadas pelos alunos e que possa ser acedido atrav s da plataforma Moodle A aplica o desenvolvida proporciona aos alunos uma melhor percep o da forma como a actividade ser realizada e prepara os para realiza la com sucesso num ambiente real ii Palavras chave Ambiente Virtual Java 3D Laboratorio Virtual Moodle Plataforma de ensino XML VirtualLlabs UMa iii Abstract Currently the methods used by students to study outside classes are more theoretical since it is mostly based on textbooks or computers in order to complement their studies When it comes to more practical courses such as chemistry or biology replicating at home an experiment carried out previously at school is almost impossible due the lack of infra structure and material In the last few years with the possibility to provide multimedia and virtual reality environments on the Web different applications were proposed to overcome this need for virtual laboratories However most of the existing tools are not flexible enough or are domain oriented not supporting the addition of new experiments when needed With this thought in mind the main contribution of this dissertation is to propose and develop a virtual reality application that is able to adapt easily to new laboratory activities in order to customize the tasks to be performed by students which can be accessed via the Moodle platform The developed application gives st
105. s modelos 3D para o computador do cliente e muitos desses requisitos tiveram de ser discutidos com todas as 58 partes envolvidas neste projecto de forma a atingir uma solu o que fosse favoravel ao maior numero possivel de pessoas envolvidas Vimos ainda que para definir a arquitectura do sistema a ser criado utilizou se o modelo arquitectural MVC como padr o criando desta forma um sistema mais f cil de alterar e testar que possui uma divis o clara entre a forma como os dados s o processados e a forma como o utilizador visualiza a informa o O processo de cria o de novos protocolos experimentais guarda os dados num ficheiro XML que possui uma estrutura bem definida Neste cap tulo podemos observar a forma como essa estrutura esta definida e entender qual a fun o dos v rios elementos utilizados no ficheiro XML Tendo sido mostrado o processo de recolha de informa o e planifica o do sistema a ser desenvolvido mencionou se ainda quais foram as ferramentas utilizadas ao longo do projecto Referiu se que inicialmente foi utilizada uma ferramenta para modela o dos objectos presentes no ambiente virtual Depois de estarem todos os objectos modelados iniciou se o desenvolvimento da aplica o laborat rio virtual atrav s do ambiente de desenvolvimento integrado chamado Eclipse Finalmente desenvolveu se o m dulo para a plataforma Moodle e procedeu se a integra o desta com a aplica o laborat rio virtual P
106. s que o utilizador do laborat rio virtual pode tirar as suas conclus es relativamente a tudo o que acabou de realizar Por vezes o 34 grande problema de realizar actividades experimentais num laboratorio real o tempo consumido para os alcan ar e num laborat rio virtual esta situa o j n o acontece uma vez que num simples clique podemos simular a passagem do tempo e antecipar a sua visualiza o Os resultados podem tamb m ter a fun o de confirmar as expectativas do utilizador mostrando assim que o seu conhecimento acerca de uma determinada tem tica encontra se no seu dom nio e que aquele tema foi aprendido com sucesso 3 5 Avalia o do aprendizado Na sec o anterior foi discutido que atrav s da an lise dos resultados que um utilizador realmente ganha algum conhecimento acerca da actividade que est a realizar mas para que este seu novo conhecimento possa ser avaliado por outros necess rio demonstr lo e a melhor forma de o fazer document lo num relat rio Num ambiente de sala de aula a elabora o de um relat rio por parte dos alunos fundamental para que um professor possa avaliar os seus alunos e perceber onde estes possuem uma maior dificuldade Todavia quase a totalidade dos laborat rios virtuais existentes n o fornecem ferramentas para facilitar a redac o destes relat rios tendo o aluno que realizar um processo de cria o de relat rio onde muitos passos limitam se a co
107. se necess rio criar algo que suplante esta necessidade 1 2 Objectivos do projecto Este projecto de mestrado visa o desenvolvimento de uma plataforma multim dia para a realiza o de diferentes actividades experimentais Essa plataforma poder ser utilizada tanto no contexto de uma sala de aula como fora desta fornecendo assim uma resposta s necessidades encontradas e ser mais uma ferramenta que poder ser utilizada para melhorar a percep o e compreens o dos temas em estudo pelos alunos Isto implica criar algo que seja port til facilmente adapt vel a novas actividades experimentais e que reduza os encargos a n vel de tempo e custo 1 3 Estrutura da dissertacao Esta disserta o encontra se dividida em seis cap tulos que permitem ao leitor ter uma vis o de como decorreu o trabalho realizado para completar este projecto de mestrado No segundo cap tulo daremos a conhecer todo o trabalho de pesquisa realizado come ando por definir o que a realidade virtual e como esta classificada seguido pelas tecnologias mais utilizadas para criar ambientes de realidade virtual mencionando as caracter sticas que diferem entre si e discutiremos tamb m algumas tecnologias que n o est o conectadas com a realidade virtual mas que foram pesquisadas para o desenvolvimento deste projecto Finalmente realizaremos uma breve abordagem a v rios laborat rios virtuais j existentes No cap tulo tr s iremos realizar um
108. stado da N o N o N o conhecimento Took aplica o Adaptabilidade Baixa Baixa Baixa Baixa Tecnologia Flash Java HTML Flash VRML Ap s termos conhecimento do trabalho realizado por outros desenvolvedores na rea dos laborat rios virtuais o pr ximo passo necess rio a escolha da tecnologia adoptada neste projecto Neste capitulo estudamos quatro tecnologias nomeadamente VRML X3D Java3D e O3D Uma vez que a especifica o do VRML foi substituida pelo X3D esta foi imediatamente posta a parte Numa fase inicial tentou se desenvolver o projecto em O3D por ser uma tecnologia recente contudo a este facto influenciou o descarte desta tecnologia das op es consideradas Como o O3D era uma tecnologia ainda em desenvolvimento n o existia documenta o para construir uma base de conhecimento suficientemente s lida para desenvolver um projecto com as caracter sticas do VirtualLabs UMa e com a mudan a realizada pela Google ao O3D a fim de este passar a funcionar sobre WebGL implicaria um trabalho extra que teria de ser realizado Finalmente optou se por desenvolver o projecto em Java3D uma vez que esta uma livraria Java ja existia um conhecimento pr vio das potencialidades da linguagem e t nhamos a certeza que seria capaz de suportar um projecto que realiza se as expectativas do cliente e facilita se todo o desenvolvimento do projecto Ao contr rio do X3D os objectos em Java3D 26 poderiam ser modelados num progra
109. tado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www w3schools com schema schema_intro asp 36 Castro Elisa C Magalh es Leo P 1999 Computa o Gr fica e Multim dia Aula 1 Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www dca fee unicamp br sibgrapi99 vrml Aulal aulal html 37 Web3D 2010 X3D Developers Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www web3d org x3d 38 Google 2010 Google Chrome Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www google com chrome 39 Mozilla 2010 Firefox Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www mozilla europe org pt firefox 40 Apple 2010 Safari Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www apple com safari 41 Opera Software 2010 Opera Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www opera com 79 42 Microsoft 2010 Internet Explorer Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www microsoft com windows internet explorer default aspx 43 Java net 2010 JNLP Support in the New Java Plug In Technology Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o https jdk6 dev java net plugin2 jnlp 44 The Php Group 2010 Php Hypertext Prepprocessor Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www php net 45 w3Schools 2010 Introduction to SQL Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do en
110. tados atrav s do clique num bot o e as funcionalidades associadas ao quadro seriam divididas por tr s caixas de texto externas ao ambiente virtual e que podem ser redimensionadas ou ocultadas a gosto do utilizador A remo o do quadro n o s tornou o ambiente virtual um pouco mais r pido a ser inicializado mas tamb m veio ajudar a reduzir os passos necess rios para o utilizador confirmar o estado da actividade e ver as notifica es recebidas em vez de deslocar a sua vis o para um lugar em espec fico interrompendo assim o seu processo mental Portanto o utilizador disp e de as caixas de texto recebendo as informa es pretendidas com um simples desviar de olhos continuando com a sua actividade normalmente Uma terceira dificuldade encontrada foi a percep o de como o Java 3D representa os modelos criados em programas de modela o como 3D studio Max Para desenhar objectos no ambiente virtual o Java 3D em vez de utilizar a escala do programa de modela o ele realiza uma adapta o Essa adapta o baseia se em descobrir qual dos eixos da figura possui maior dimens o e a esse eixo atribuir o valor de duas unidades Os restantes eixos ser o reduzidos ou ampliados seguindo a mesma escala A t tulo de exemplo suponhamos que queremos representar no Java 3D um objecto com as dimens es 7x3x12 como o lado maior possui o valor 12 a ele ser atribu do o valor 2 e a escala ser 12 2 6 os outros lados ser o divididos por
111. tariamente Maioritariamente st Seq Desnecessarios ae S Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios 90 Os passos para girar sao E Maioritariamente Maioritariamente eee oi Desnecessarios er Pig Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Os passos para desseleccionar sao woe Maioritariamente Maioritariamente tas Desnecessarios EM s Imprescindiveis Desnecessarios Necessarios Comente ou sugira altera es a aplica o de acabou de testar primeira vez pode ser um pouco confusa mas ap s realizar algumas ac es torna se mais evidente como funciona N mero de utilizador 2 Idade 16 Ano escolar 12 Com que frequ ncia utiliza um laborat rio Nunca Raramente Algumas vezes semana Todos os dias Com que frequ ncia utiliza um ambiente virtual Nunca Raramente Algumas vezes semana Todos os dias Ao utilizar a aplica o a compreens o do tema Reduz Permanece igual Aumenta Aumenta muito Os resultados apresentados s o Confusos pique E Perceptiveis Paciente perceptiveis perceptiveis O registo do conhecimento cria o do relat rio Dificultado Indiferente Simplificado Trivial A aplica o reage como esperado as interac es Nunca Raramente Frequentemente Sempre A interface percept vel
112. te de RV e tendo somente de recorrer a um par de culos semelhantes aos 3D em vez de estarem ligados a um computador 6 Contudo alguns te ricos defendem segundo Marie Laure Ryan que esta forma de realidade virtual coloca os utilizadores numa posi o de submiss o ao criador do ambiente virtual e que poder torn los em pessoas isolados da realidade e submissas 2 2 2 Realidade Virtual n o Imersiva Ao interagir com um ambiente virtual n o imersivo o utilizador colocado perante um ambiente que pode manipular sem nunca perder a no o do mundo real 7 Assim na realidade virtual n o imersiva recorre se a ferramentas como ecr s ratos e teclados para realizar uma interac o com o ambiente virtual No documento produzido por G G Robertson e associados 8 indicado que as principais vantagens deste tipo de realidade virtual s o o facto de n o estar suscept vel aos mesmos limites t cnicos ou problemas tecnol gicos que a realidade imersiva como por exemplo o atraso existente entres os v rios dispositivos de interac o e as altera es no ambiente virtual uma segunda vantagem apresentada podemos tirar partido do desenvolvimento da ind stria dos computadores a n vel gr fico e a n vel de dispositivos de interac o e ainda apresenta vantagens na forma como as t cnicas de realidade n o imersiva s o utilizadas para visualizar dados em tr s dimens es Todavia existem alguns investigadores desta rea que
113. te numa linguagem que ambos entendam evitando a utiliza o ou explicando os termos tecnol gicos necess rios Dessa forma este cap tulo destina se a dar a conhecer toda esta fase de prepara o para o projecto Aqui come aremos por definir o que realidade virtual mencionando muito vagamente a sua hist ria e como esta pode ser classificada Ap s conhecermos o que uma RV neste cap tulo indicaremos quais as tecnologias que podem ser utilizadas para desenvolver ambientes virtuais 3D direccionados para a Web e abordaremos ainda algumas tecnologias que n o se limitam unicamente realidade virtual mas de alguma forma foram utilizadas no desenvolvimento do sistema pretendido Finalmente avaliaremos quatro laborat rios virtuais dispon veis na literatura com a finalidade de conhecer o estado de arte destas aplica es e entendermos em que sentido pode ser realizada uma maior contribui o 2 2 Realidade Virtual Desde que nascemos lidamos com uma realidade tridimensional aprendendo de forma intuitiva conceitos como dist ncia ou ilumina o Actualmente essa maneira natural de interagir com o que nos rodeia tem sido adaptada cada vez mais para criar aplica es inform ticas que v o desde jogos com elevado grau de realismo at aplica es mais especializadas direccionadas para o ensino como por exemplo simuladores de avi es Atrav s de uma r pida pesquisa na Internet encontramos o conceito de RV definido
114. tion Figura 2 4 Interface do laboratorio virtual de Howard Hughes Medical Institute 21 2 6 2 The ChemCollective A ChemCollective uma colec o de laborat rios virtuais actividades de aprendizagem baseadas em cen rios e testes de conceitos que podem ser utilizados como alternativa s actividades existentes nos manuais escolares Os seus utilizadores alvo s o professores do 3 ciclo e secund rio que pretendam usar avaliar ou criar actividades online para as suas aulas de qu mica Este projecto mantido por um grupo de professores e alunos da universidade de Carnegie Mellon sendo financiado pela National Science Foundation e pela National Science Digital Library Na Figura 2 5 observamos que este tamb m um laborat rio 2D contudo est a ser desenvolvida uma interface 3D cujas nicas altera es s o a representa o dos objectos passando estes a estarem numa perspectiva 3D 4 WYdium Chemistry Lab Default Virtual Li File Edit Tools View Help z Name 1M NaOH h Soluti p Voume 100 m led Hz H sos souten Aqueous Solid Gas m Strong acids logt Molarity ha EM Weak acias en Conjugate acids e A Strong bases 1MNa0H 01M NaOH SP smnaoH 10M NaOH e D Weak bases E Conjugate bases en Indicators MD sois E Workbench 1 Transfer amount 9 A Withdr
115. tual passa a ser percept vel como real enquanto na realidade n o imersiva o utilizador encontra se consciente da separa o entre ambiente virtual e real Ap s percebermos o conceito de realidade virtual estudou se o progresso existente nos laborat rios virtuais actuais chegando se s conclus es resumidas na tabela 3 Observando a notamos uma domin ncia dos ambientes 2D nos laborat rios virtuais e podemos observar ainda uma rela o inversamente proporcional entre o n vel de interac o permitido e a facilidade com que o utilizador compreende a mensagem transmitida A n vel do registo apenas um laborat rio tinha um sistema de guardar o estado da aplica o e os restantes n o suportavam nenhuma forma de registo e verificamos ainda que em termos de adaptabilidade todos os laborat rios estudados s o baixos funcionando unicamente para a actividade que foram desenvolvidos 25 Tabela 3 Resumo dos varios laboratorios virtuais estudados Chem Virtual HEMI Collective Laboratories VRLab QUN Ambiente 2D 2D 2D 3D Cliques nas ee Total liberdade Botpes S Total Interac o assinaladas 3 preenchimento liberdade de de ac es a para de tabelas ac es prosseguir O utilizador a ae RR Ea inicialmente Informa o e Facilmente Pp 8u Facilmente mas bem interface percept vel conhecimento percept vel suportada da tem tica b por Po me explica es as informa es en dio E Sim guarda Registo do e
116. tura de software na prtica 1476447 55 Microsoft 2010 Model View Controller Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http msdn microsoft com en us library ff649643 aspx 56 Oracle 2010 Applets Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http java sun com applets 57 w3Schools DTD Document Type Definition Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www w3schools com xhtml xhtml_dtd asp 58 ressearchgirl 2009 The Fourt Steps of the Program Development Cycle Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www associatedcontent com article 2036535 the_fourt_steps_of_the_p rogram_development html cat 15 59 Someren Maarten W Barnard Yvonne F Sandberg Jacobijn A C 1994 JNLP Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http staff science uva nl maarten Think aloud method pdf 60 Tiresias 2009 Think aloud method Consultado a 8 Novembro 2010 a partir do endere o http www tiresias org tools think aloud htm 61 Mendon a R F P Correia S M Sampaio P N M VirtualLabs UMa A customizable 3D learning platform for experimental activities Submitted for publication in proceedings of IEEE International Conference on Multimedia Computing and Systems Quarzazate Morroco April 07 09 2011 81 8 Anexos Anexo A Protocolo experimental original OBJECTIVOS 1 3 An lise experimental de factores que afectam a ferment
117. udents a better understanding of how the business will be done and prepares them to carry it out successfully in a real environment iv Keywords Virtual Environment Java 3D Virtual Laboratory Moodle Learning Platform XML Virtuallabs UMa Agradecimentos Embora este trabalho apenas possua um autor o resultado obtido n o unicamente da sua responsabilidade Ao longo do processo de desenvolvimento existiram pessoas s quais sinto o dever de agradecer por me manterem no caminho que levou a obten o dos meus objectivos Em primeiro lugar os meus agradecimentos v o para o Prof Dr Paulo Nazareno Maia Sampaio pelo trabalho que realizou como meu orientador Gostaria de agradecer tamb m Prof Silvia Carreira pela simplicidade das suas explica es sobre os termos mais espec ficos da rea da biologia pelos testes realizados ao m dulo desenvolvido para o Moodle e pelo sempre indispens vel apoio para continuar com o trabalho por mais complexo que fosse o problema Agrade o ainda aos alunos Berta Mendon a F tima Baptista Gon alo Vieira Jo o Santos Leonardo Reis e Lu s Telo pela vontade e disponibilidade demonstrada em testar a aplica o laborat rio virtual Finalmente agrade o T nia Faria e ao meu colega Clinton Jorge pelas longas discuss es sobre as solu es adoptadas e pela inspira o para encontrar novas solu es para os problemas com que me deparei ao longo do projecto vi
118. xto com as ac es que o utilizador pode realizar 2 2 Accoes Durante a utiliza o do Laborat rio Virtual o utilizador poder realizar quatro ac es diferentes Mover Verter Girar e Desseleccionar Para realizar qualquer uma destas ac es o utilizador dever seleccionar o objecto com o qual pretende interagir e ao realizar um clique com o bot o direito do rato no ambiente virtual aparecer um menu com as diferentes op es Depois somente ter de executar os passos necess rios a cada ac o 2 2 1 Mover Ap s seleccionar a op o de Mover o utilizador ter de clicar no objecto de destino e se este possuir espa os por preencher na sua matriz de posi es o objecto ser movido caso contr rio nada acontecer e ser mostrado um aviso no quadro de avisos 2 2 2 Verter Ap s ter seleccionado o reagente ou produto a verter o utilizador dever optar pela ac o verter no menu de poss veis ac es e clicar no recipiente onde ser vertido o reagente ou produto De seguida ser lhe pedido para inserir a quantidade que pretende verter neste formul rio o utilizador dever inserir um n mero positivo n o nulo que representar a quantidade em ml caso contr rio ser mostrado um aviso e a ac o ser interrompida 2 2 3 Girar A ac o Girar apenas consiste em seleccionar o objecto pretendido e escolher a op o Girar no menu de poss veis ac es 105 2 2 4 Desseleccionar Esta ac o r

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