▼ Virtual Reality (VR) is, by nature, motivating. It enhances interaction and propitiates the evolution of Virtual Environments (VE). It also establishes and expresses a dialogue between users in an attractive way, in the most diverse informational ambiences. It is considered the most advanced and interactive interface to date, in which is possible to present a more natural way of communicating, and provide visually stimulating resources to users. Thus, with the advance of interactive digital technologies, VEs should be developed in such a way that they not only attract and keep the users attention, but also present information in an adequate context. Taking motivation as the starting point, we are led to question the limitations presently found in VEs, like the difficulties in understanding the activity process because the way it was exposed, the use and disposition of navigation controls or even the limitations imposed by information overload. Users with different objectives, preferences, interests or knowledge may help in identifying the demands established for the development of tools in this area. Therefore, it has been hypothesized that the interaction attributes (controls) used for navigating in VEs do not take on board the descriptions of digital resources that seem to users particular needs. VR, as an immersive technology, lacks new elements which can deliver to each user interfaces that respect their individual needs. The recommendations found in the literature for the development of VEs alone do not guarantee the necessary subsidies to have access to interaction in a personal basis. Taking into consideration the points raised above, especially when the objective is training and learning, the objective of this study was to present, through a descriptive exploratory approach, a framework proposal to promote digital interaction elements for the development of VEs for users with individualized profiles. The general objective of this study was to contribute to the elaboration of directed digital environments, as well as to supply recommendations and technologies for the elaboration of parameters for VR interfaces. In a theoretical dimension, this research involves a revision of concepts related to adaptive interfaces and presents a methodology of framework for the development of interaction interfaces in VR environments. To that aim, a search of adaptive VEs characteristics, and of technologies for the development of interfaces for VR, was carried out. In addition to that, a model of Artificial Intelligence (AI) was adopted for information reorganization based on the interaction between the user and the digital context, specific to education, using Usability principles. Hence, VR, AI and Usability elements constitute the basis of this framework to provide a favorable environment to the development of specific interactive approaches with the generation of individualized contexts which, from an educational point of view, can boost learning through the relationship between users and the environments graphic… Advisors/Committee Members: Alexandre Cardoso.

▼ A Lombalgia ou comumente chamada de dor lombar constitui uma causa frequente de morbidade e incapacidade física de trabalho, sendo sobrepujada apenas pela dor de cabeça (cefaleia) na escala dos distúrbios dolorosos que afetam a sociedade moderna. O seu tratamento é baseado em medicação (analgésicos) para aliviar os sintomas de dor e a recomendação de exercícios terapêuticos. Todavia, quando estes exercícios são realizados e a dor deixa de ser percebida, o paciente abandona o tratamento, e em muitos casos, não tem a sua amplitude de movimento totalmente reestabelecida. Para atenuar este índice de abando de terapias diversas técnicas motivadoras vem sendo empregadas, como o uso de jogos digitais e interfaces de entretenimento. Entretanto, estas abordagens apenas afloram a parte lúdica do tratamento, não apresentando dados concretos sobre a atuação do terapeuta ou mesmo a realização do exercício e sua eficiência no tratamento. Assim, este trabalho descreve um sistema de reabilitação baseado em técnicas de captura de movimentos para o tratamento de uma espécie de lombalgia, a Lombalgia Mecânica. Esta tese apresenta o uso de técnicas de captura de movimento em ambientes aplicados à reabilitação motora com alguns dispositivos como: eletrogoniômetro, extensômetro, acelerômetro e outros dispositivos de interação mais comuns como webcams, console de vídeo game (Nintendo Wii) e o sensor de movimento MS-KinectTM. A motivação do trabalho se baseia no fato de que sistemas de captura de movimento por dispositivos de vídeo tendem a ser economicamente mais viáveis. Todavia os sistemas de captura de vídeo atuais apresentam as seguintes limitações: sobreposição e oclusão de marcadores fiduciais, disparidade ótica das câmeras, campo de visão e suas restrições geométricas. Portanto, este trabalho apresenta uma proposta alternativa de captura de movimentos por meio de múltiplas câmeras, em conjunto com a análise dos parâmetros intrínsecos das mesmas a fim de atenuar estas limitações. Para a análise do movimento capturado foi desenvolvido um protótipo computacional que reúne as especificações sobre o biótipo do paciente. A fim de avaliar a eficácia do sistema proposto foi elaborado um questionário adaptado sobre a incapacidade de movimento dos pacientes. A partir destas premissas gerou-se um conjunto de informações que apoiam a decisão sobre o tratamento com sugestões de exercícios. Como forma de validar as informações presentes no sistema bem como suas regras de negócio, foi realizada uma avaliação com um grupo de 5 terapeutas, e apresentada uma análise da interface que foi realizada por pacientes. Foram avaliados 20 voluntários. Por meio desta análise, foi possível identificar as potencialidades do protótipo, bem como evidenciar as estratégias de aplicação do mesmo em pequenas clínicas fisioterápicas. Especialmente, aquelas que não possuem espaços ou volume de investimento na infraestrutura para aquisição de sistemas de captura de movimento de grande porte muito importante para análise e recomendação de novos exercícios durante uma… Advisors/Committee Members: Alexandre Cardoso, Edgard Afonso Lamounier Júnior.

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Image Digital Processing techniques, standards recognizing, and neural artificial nets are not often used in the technology market, because they are hard to work with and expensive for who uses them. When we make research on technology tools we find them fragmented as they solve few problems and come in software with no license for copywriting. Thus, we propose a Computer System for Automatic Reading of Money Banknotes, who will join programming techniques widespread in academia to develop free software that can be used both in the market and for studies in academia, a software with applications on image capture, digital image processing, pattern recognition that uses artificial neural network techniques, coupled to a voice synthesizer, which will assist people with visual needs and even people with difficulties in achieving the necessary focus such as supermarkets. The system can be adapted to any sales place, or even where people work counting high money values. It brings the reliability needed without errors that can cause losses to the company and people as well.

As técnicas de processamento digital de imagens, reconhecimento de padrões e redes neurais artificiais não são utilizadas frequentemente no mercado tecnológico, pois são trabalhosas e acabam se tornando caras para quem irá utilizar. Quando pesquisamos no mercado ferramentas tecnológicas utilizando estes recursos, encontramos de maneira fragmentada ou apenas para resolver um ou outro problema, encontramos também em softwares que são proprietários. Assim, propõe-se uma CONTRIBUIÇÃO A UM SISTEMA COMPUTACIONAL DE LEITURA AUTOMÁTICA DE VALORES EM CÉDULAS MONETÁRIAS, que irá juntar as técnicas de programação difundidas no meio acadêmico para desenvolver um software livre, disponível a ser utilizado no mercado e também para estudos acadêmicos. A finalidade é a construção de um software com aplicações em captura de imagens, processamento digital de imagens, e reconhecimento de padrões utilizando técnicas de RNA REDES NEURAIS ARTIFICIAIS, acoplado a um sintetizador de voz, que irá atender às pessoas com necessidades visuais e até mesmo pessoas com dificuldades em atingir o foco necessário em seus trabalhos. Assim, podendo ser executado em qualquer tipo de PDV (Ponto de venda), ou mesmo em locais onde se realiza a contagem de valores altos, trazendo a confiabilidade necessária para se fechar o dia trabalhado sem falhas que podem ocasionar perdas para a empresa e mesmo para clientes.

Advisors/Committee Members: Alexandre Cardoso, Hipólito Barbosa Machado Filho, Keiji Yamanaka.

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There exists a growing concern among educators when it comes to the use of new information and communication technologies (ICTs) in the practical day-to-day contact with students. Through its low cost and public policy rules, the computer has shown itself to be a means by which this proposal could be realized. Therefore the objective has been the development, implementation and evaluation of educational software, which favors the integration of ICTs during the process of teaching and learning, and which can be used by the educator as an aid during the childs literacy process as an exercise-practice tool, thus allowing the individual student to interact in their own learning. The software was developed in Flash to combine optimization to the file size as well as speed to the loading of the drawings. The software presents exercises in different difficulty levels, with vibrant colors and sound applications as well as text being a predominant part of the whole environment, which themselves guaranty student motivation and involvement within the proposed framework of exercises. The architecture is made up of two main modules: Graphic Interface and Activities, which is divided into Modeling/Animation and Execution. To validate the proposal, aspects related to the ISO/IEC 9126-1 standard, as well as others which were defined exclusively for research were analyzed together with two groups of students in the 6 year old range, during the literacy phase, in the presence of educators, pedagogues and psychologists, with a total of 15 evaluation members and 24 students. The validation process was analyzed through the use of two methodological instruments: through the observational participation of the softwares use by the students, as well as the filling in of a structured questionnaire, or checklist, by the evaluating members, who answer closed questions related to the softwares characteristics and its didactic support on a satisfaction rating ranging from 0 to 10. The results showed there exists an effective contribution on behalf of the software as a game style tool with didactic potential, which can guaranty student motivation producing significant learning. There exists a concern on the part of the educational professionals in respect to quality and real efficiency of the computational recourses in the formation of critical thinking citizens, as well as their being reflexive in a knowledge based society. In terms of the computational-technical aspects, the different difficulty levels, the vibrant colors, sound applications and texts, all guaranty student motivation and involvement in respect to the activities provided. The checklist demonstrated satisfactorily, the technological quality when referring to the softwares functionality and usability, once that the auxiliary needs of the educator were met and the students did not find any difficulties in its use.

É crescente a preocupação dos educadores em utilizar as novas tecnologias da informação e da comunicação (TICs) na prática cotidiana com alunos. Pela popularização dos…

Advisors/Committee Members: Gilberto Arantes Carrijo, Joao Candido Lima Dovicchi, Alexandre Cardoso.

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O objetivo do projeto é demonstrar a utilização da tecnologia da informação e geoprocessamento, no intuito de ampliar o conhecimento do município e democratizar o uso da informação em todos os níveis da administração pública e na sociedade. Apresentando conceitos e estratégias de modelagem de dados e técnicas de migração dos dados de diferentes sistemas de informação na consolidação do Banco de Dados Corporativo, o trabalho elenca as etapas necessárias ao desenvolvimento e implantação de um Sistema de Informações Gerenciais utilizando ferramentas de geoprocessamento, dando suporte ao Projeto de Modernização Administrativa da Prefeitura Municipal de Santos. As dificuldades em conciliar arquivos seqüenciais dos sistemas legados a um banco de dados relacional, a mudança de mentalidade dos desenvolvedores, a metodologia da documentação, técnicas de segurança, a busca de uma solução de geoprocessamento cuja modelagem estivesse aberta para a criação de um único banco de dados que permitisse agregar informações de todos os setores municipais, também estão destacadas neste trabalho. O desafio deste projeto é difundir a idéia que, mesmo as prefeituras de pequeno porte possuidoras de setores de informática, podem, com um gerenciamento eficaz, utilizar seus recursos internos para a implantação de um Sistema Gestor de Informações tornando-se independente para qualquer tipo de manutenção ou implementação de suas aplicações, diminuindo prazos e custos.

The objective of the project is to demonstrate the use of the informations technology and geoprocessing, in intention to extend the city knowledge and to democratize the use of the information in all levels of the public administration and in the society. Presenting concepts and strategies of data modeling and techniques of data migration of different information systems in the consolidation of the Corporative Data base, the work presents the necessary stages to development and implantation of a Managemental Information System using geoprocessing tools, supporting Santos City Administrative Modernization Project. The difficulties in conciliating systems sequential archives legacies to a relationary data base, the change of mentality of the analysts of systems and programmers, the documentations methodology, security techniques, the search of a geoprocessing solution whose modeling was opened for the creation of an only data base that allowed to add information of all the municipal sectors, also is detached in this work. The challenge of this project is to spread out the idea that, exactly small city halls which possess computer science sectors, can with an efficient management use its internal resources for the implantation of Information Managing System becoming independent for any type of maintenance or implementation of its applications, diminishing stated periods and costs.

Advisors/Committee Members: Edilberto Pereira Teixeira, Alexandre Cardoso, Edgard Afonso Lamounier Júnior.

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A utilização de bancos de dados específicos para determinado aplicativo não permite ao usuário a substituição do banco de dados ou o compartilhamento com outras bases de informações sem a reconstrução de todo o aplicativo, tornando não trivial a aplicação das soluções propostas na literatura. Isso reduz a interoperabilidade entre os aplicativos de software de diferentes fornecedores de equipamentos biomédicos existentes. Este trabalho descreve o projeto e o desenvolvimento de um framework para interface e gerenciamento de bancos de dados utilizados em aplicações biomédicas. O sistema se caracteriza por permitir que diferentes bancos de dados possam ser utilizados para diferentes aplicativos a fim de armazenar os dados para posteriores análises. O sistema foi projetado utilizando a técnica de orientação a objetos, plug-ins e reflexão, permitindo criar aplicativos capazes de conectarem-se com os diferentes bancos de dados. Os resultados demonstram que o framework permite a coleta e o armazenamento de informações biomédicas por meio de sistemas adaptativos e de plug-ins, minimizando os problemas de falta de compatibilidade entre bancos, as dificuldades de manutenção e melhorando a integração dos mesmos.

The usage of specific databases for certain application does not allow the replacement of database or sharing information with other databases by user, without rebuilding the entire application, turning non-trivial the application of the solutions proposed in the literature. This reduces the interoperability among different suppliers of present biomedical data. This paper describes the design and development of a system for interface and management of biomedical signals databases. The systems features includes the use of different databases and the storage of the data for further analysis and was designed using the object-oriented technique, plug-ins and reflection technique, leading to create an application capable of connecting with the different databases. The developed system has capability of storage biomedical information, through the use of adaptive systems and plug-ins, reducing the problems of lack of compatibility between data banks, difficulties in maintenance and integration among them. The experiment results showed that the framework is able to collect patients biomedical data, that may be registered with their clinical features, and interact with differentdatabases.

Advisors/Committee Members: Alcimar Barbosa Soares, Alexandre Cardoso, Selma Terezinha Milagre.

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Para que a energia elétrica seja gerada e distribuída de forma segura, nosso país conta com uma enorme e complexa rede de distribuição. Dentro de tal rede, um componente importante são as subestações elétricas, responsáveis pelo controle, supervisão, medição e proteção dos fluxos desta energia. Devido aos enormes avanços tecnológicos dos últimos anos e a grande diversidade de projetos de subestação existentes, a operação delas só pode ser realizada por profissionais altamente qualificados. Tamanha é a exigência de qualificação por parte destes profissionais, que seu treinamento se torna demorado, complicada e caro. Neste contexto, a tecnologia de Realidade Virtual se mostra uma alternativa interessante, uma vez que permite a criação de objetos de aprendizagem altamente realísticos, com o qual o aspirante a operador pode interagir, sem colocar sua vida em risco e sem causas prejuízos financeiros. A proposta deste trabalho é investigar técnicas de realidade virtual para a construção de ambientes de treinamento adequados a estes profissionais. Para realizar a validação destas técnicas, foi construído um Sistema de Realidade Virtual denominado Virtual Substation no qual o estudante pode interagir com um transformador de força por meio de manipulação de objetos 3D ou do painel do sistema supervisório tradicional. Ambos as visualizações (2D e 3D) são mostradas de forma simultânea, para que o usuário do sistema possa verificar de que forma uma interfere na outra. Os passos realizados pelo trainee durante a sessão de treinamento são armazenados em um Sistema Gerenciador de Banco de Dados e podem ser recuperados por seu instrutor, através de um ambiente 3D próprio. Após a construção do protótipo, o mesmo foi apresentado a estudantes do curso de Engenharia Elétrica e profissionais da área que validaram sua contribuição como ferramenta pedagógica.

For the electricity be generated and distributed safely, our country has a huge and complex distribution network. Within such a network, an important component of the electrical substations. They are responsible for the control, supervision, protection and metering the flow of this energy. Due to the enormous technological advances of recent years and the great diversity of existing substation projects, the operation of which can only be performed by highly skilled professionals. Such is the demand for qualified by these professionals, their training becomes time consuming, complicated and expensive. Thus, the Virtual Reality technology proves an interesting alternative, since it enables the creation of highly realistic learning objects, with which the aspiring trader can interact without putting your life at risk and without causes financial losses. The purpose of this study is to investigate virtual reality techniques for building training environments suitable for these professionals. To perform validation of these techniques, we built a system called Virtual Reality Virtual Substation in which students can interact with a transformer power through manipulation of 3D objects or…

Advisors/Committee Members: Alexandre Cardoso, José Rubens Macedo Júnior, Alberto Raposo.

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As pesquisas na área de interfaces gestuais vêm crescendo significativamente. Em especial, após o desenvolvimento de sensores que podem capturar movimentos corporais com precisão. Como consequência, surgem diversos campos para a aplicação destas tecnologias. Dentre eles, destaca-se o setor de modelagem 3D, o qual é marcado por possuir programas robustos. Entretanto, estes são muitas vezes ausentes de uma interface homem-computador facilitadora. Isto porque a interação, normalmente, é viabilizada pelo mouse com 2 graus de liberdade. Devido a estas limitações, tarefas frequentes como rotacionar o ponto de vista da cena e transladar um objeto são assimiladas pelo usuário com dificuldade. Este desconforto perante a usual e complexa interface dos programas para modelagem 3D é um dos fatores que culminam na desistência de seu uso. Neste contexto, Natural User Interfaces se destacam, por melhor explorar os gestos naturais humanos, a fim de promover uma interface mais intuitiva. Neste trabalho é apresentado um sistema que permite ao usuário realizar a modelagem 3D por meio de poses e gestos com as mãos provendo uma interface com 3 graus de liberdade. Uma avaliação foi conduzida com 10 pessoas, a fim de validar a estratégia e a aplicação proposta. Nesta avaliação os participantes reportaram que o sistema tem potencial para se tornar uma interface inovadora, a despeito de suas limitações. Em geral, a abordagem de rastreamento das mãos para modelagem 3D parece ser promissora e merece uma investigação mais aprofundada.

The researches about gestural interfaces have been grown significantly. In particular, after the development of sensors that can accurately capture bodily movements. Consequently, several fields arise for the application of these technologies. Among them stands the 3D modeling industry, which is characterized by having robust software. However, these software often lack a facilitator human-computer interface. This happens since the interaction is usually enabled by 2 degrees of freedom mouse. Due to these limitations, common tasks such as rotate the scene viewpoint or move an object are hardly assimilated by users. This discomfort with the usual and complex 3D modeling software interface is one of the reasons that lead to quit its use. In this context, Natural User Interfaces stand out by exploring the natural human gestures in a better way, in order to promote a more intuitive interface. This work presents a system that allows the user to perform 3D modeling using poses and hand gestures, providing an interface with 3 degrees of freedom. An evaluation was conducted with 10 people, to validate the strategy and application proposed. In this evaluation the participants reported that the system has potential to become an innovative interface, despite its limitations. Overall, the hand tracking approach to 3D modeling seems to be promising and deserves further investigation.

Advisors/Committee Members: Edgard Afonso Lamounier Júnior, Alexandre Cardoso, Claudio Kirner, Ana Claudia Patrocínio.

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O cotidiano da Arquitetura e, em especial, o de Design de Interiores, envolve um incansável aprendizado de relacionar as pessoas ao meio, ou seja, o estabelecimento de uma interligação direta entre os princípios conceituais do espaço projetado (o que é, qual sua função e a quem se destina), as condições plásticas (estéticas) e de conforto, necessárias ao homem para sua permanência no lugar. Para esta conquista, os estudantes e os profissionais da área precisam ver, com os olhos de outrem, motivados não somente pela arte ou por um senso estético apurado, mas pela consciência de que as cores em suas tonalidades, combinações, detalhes e composições escolhidas têm funções objetivas a cumprir. A cor é, afinal, um dos principais recursos de fortalecimento do conceito, da estética e até da função de um ambiente. A utilização de programas como o AutoCAD e o 3D Studio, na criação de projetos arquitetônicos ou de interiores, através de sua precisão e possibilidade de criação de modelos tridimensionais com qualidade, oferece um melhor acompanhamento dos projetos tanto pelo projetista quanto por seu cliente. Além disso, com os avanços tecnológicos no campo da Informática e o advento da Realidade Virtual, tornou-se possível a realização de passeios virtuais em ambientes projetados e, desta forma, obter informações visuais e percepções bastante superiores em relação à forma de apresentação convencional. Neste contexto, esta dissertação de mestrado dedica-se ao desenvolvimento de uma ferramenta computacional que emprega a Realidade Virtual para a aplicação das cores abordando sua Teoria, de maneira explicativa, em ambientes personalizados, garantindo a visualização, a navegação e a interação em projetos, antevendo sua execução. Além disso, pode servir como recurso de apoio às práticas pedagógicas devido ao seu caráter orientativo, ilustrativo e experimental consistindo em uma alternativa para a assimilação dos conceitos teóricos sobre cores, atualmente discutidos nas salas de aula dos cursos de formação profissional da área em foco. Ademais, concorre para a aproximação entre projetista e cliente através de experimentações interativas, explicativas, participativas e dinâmicas do ambiente projetado.

The daily of the Architecture and, in special, of the Interior Design, involves untiring learning to relate people to environments, i.e., the establishment of a direct interconnection between the conceptual principles of the projected space (what it is, which is its function and to who it destines) and the plastic conditions (aesthetic) and comfort, necessary to a man for its permanence in the place. To reach this goal, students and professionals of this area need to see, with another people eyes, moved, not only by the art or a refined aesthetic sense, but for the conscience of the colors in its tonalities, combinations, details and chosen compositions have objective functions to fulfill. The color is, after all, one of the main resources of fortifying the concept, the aesthetic and even the environment function. The use of programs…

Advisors/Committee Members: Décio Bispo, Edgard Afonso Lamounier Júnior, Veronica Teichrieb, Alexandre Cardoso.

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A maioria dos sistemas de aquisiçãao de dados atuais é baseada em mecanismos de hardware e software dedicados. Tal estratégia dificulta consideravelmente tarefas como a expansão e a atualização do hardware, uma vez que impoem mudanças na estrutura do software, e vice-versa. Neste sentido, este trabalho descreve o desenvolvimento de um framework para interfaceamento e gerenciamento de dispositivos de aquisição de dados. Seu principal objetivo é aumentar a modularização do sistema, separando a implementação do hardware do equipamento da implementação do software associado ao mesmo. O framework foi desenvolvido com a utilização de técnicas de construção de software adaptativo, como polimorfismo, padrões de projeto, plug-ins e reflexão. Com isso, foi possível criar dispositivos de software capazes de detectar as características específicas de equipamentos conectados a um computador, aumentando assim a compatibilidade entre os aplicativos de software e os equipamentos de aquisiçãoo. Desta forma, tal estratégia, permite que um mesmo aplicativo possa ser utilizado para trabalhar com equipamentos distintos, sem que seja necessária qualquer mudança ou ajuste. Os passos para a utilização do framework em sistemas reais são apresentados através de exemplos e estudos de caso. Os resultados dos experimentos demonstraram que o framework permite a modularização de sistemas, separando, eficientemente, a implementação do hardware do software.

Most of the data acquisition systems are based on dedicated hardware and software. Such strategy leads to major dificultes when one needs to expand or update certain features of the hardware, as this generally leads to substantial changes in the software and vice-versa. This work proposes the development of a framework for interfacing and management of data acquisition systems. Its main purpose is to increase system modularization, detaching the development of the hardware from the development of the software. The framework was designed based on adaptive software techniques, such as polymorphism, design patterns, plug-ins and reflection. In so doing, it has been possible to create software devices capable of detecting specific features of the hardware connected to a computer, improving the compatibility between the software and various data acquisition devices. This has allowed a software application to be used with distinct data acquisition devices, without any change or adjustment. The basic steps for using the framework are presented by means of examples and case studies. The results have shown that the framework allows design modularization, separating the design and construction of both hardware and software.

Advisors/Committee Members: Alcimar Barbosa Soares, Alexandre Cardoso, Luciano Vieira Lima, Raimes Moraes.

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Nowadays, the high level of complexibility designated by duties in many areas are expecting more from the man his natural senses can offered him. The use of Virtual Reality techniques can auxiliate the development of perception, interaction and consequently the every day productivity. Basing it in this idea, this research has as objectivity to create an application to offer the user information about the virtual urban rotes. This dissertation present a architecture for construction of a virtual environment which reproduce virtual urban rotes having as instrument the search of the best rote, a algorithm based on evolutive computation, denominated Genetic Algorithm, and, as instrument of visualization of the scene of the virtual rote, streets of a city in three dimensions, a Virtual Reality. A prototype was built having as references a neighborhood of a city seen under two points of view. The first one in two dimensions allowing the choice of a start point (origin) and an end point (destiny) and a way to be covered between the points with the shortest distance possible. For treating of a probabilistic problem, where there are innumerous possibilities of solution, the genetic algorithm were choose for making framing in this type of problem possible. The second point of view, in three dimensions, beyond offer to be virtual environment with possibilities of free navigation on the scene of a city, proportionate to the user navigation for ways built by the model 2D. The 3D model was built with the support of the graphic library OpenGL and the geometric model of the city was drawn with the use of a specific tool of graphic modeling been imported to the prototype. The system use for both points of view (2D and 3D) the same model, which proportionate a portability in relation to the scenes (cities), so its enough to have a geometric model of a neighborhood or city to the application functioning. The system was evaluated by researchers and specific users and the results reached allowed concluding that the same is efficient and applicable.

Hoje em dia, o alto grau de complexidade imposta por tarefas em diversas áreas está exigindo mais do homem do que seus sentidos naturais podem lhe oferecer. O emprego de técnicas de Realidade Virtual pode auxiliar na melhora da percepção, interação e conseqüentemente a produtividade no dia a dia. Baseando-se nesta idéia, este trabalho tem como objetivo criar uma aplicação que forneça ao usuário informações a respeito de rotas urbanas virtuais. Esta dissertação apresenta uma arquitetura para construção de um ambiente virtual que reproduz rotas urbanas virtuais tendo como instrumento de busca da melhor rota, um algoritmo baseado na computação evolutiva, denominado Algoritmo Genético, e, como instrumento de visualização do cenário da rota virtual, ruas de uma cidade em três dimensões, a Realidade Virtual. Um protótipo foi construído tendo como referência um bairro de uma cidade visto sob dois pontos de vista. O primeiro em duas dimensões permitindo a escolha de um ponto inicial (origem) e o…

Advisors/Committee Members: Edgard Afonso Lamounier Júnior, Keiji Yamanaka, Marcio Serolli Pinho, Alexandre Cardoso.

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O presente trabalho tem como finalidade demonstrar a potencialidade do uso das técnicas de Realidade Virtual Imersiva (RVI) no processo de ensino/aprendizagem, baseado em computador, através do desenvolvimento de ambientes virtuais educacionais. Esta pesquisa visa providenciar uma forma de interação homem-máquina que seja mais familiar e motivadora ao usuário, dentro do contexto estudado. Este trabalho tem como principais objetivos: 1) identificar dispositivos específicos que melhor suportem a construção de um ambiente virtual imersivo educacional de baixo custo e 2) investigar técnicas de RVI que permitam uma interação mais natural e intuitiva do usuário com seu objeto de estudo. A fim de avaliar as técnicas propostas, foi adaptado, como estudo de caso, um sistema protótipo capaz de permitir que o usuário visualize e interaja com poliedros dentro de um ambiente virtual imersivo, realizando cortes, através de planos, nesses poliedros. Para obter o nível de interação proposto nesse sistema, este trabalho de pesquisa identificou a necessidade de integrar a linguagem VRML à linguagem JavaScript, buscando explorar os aspectos positivos de ambas as linguagens. Após disponibilizar o sistema para potenciais usuários, estes puderam realizar alguns experimentos e identificaram que as técnicas propostas auxiliam, de forma satisfatória, no processo de aprendizado da visualização de poliedros oriundas de cortes em 3D (tridimensional), graças ao uso das técnicas de RVI propostas.

The objective of this study is to demonstrate the potentiality of Immersive Virtual Reality (IVR) techniques in computer based teaching/learning process, through the development of virtual educational environments. This research aimed at providing a human-machine form of interaction that would be more familiar and motivating for the user in the context where it took place. This work has as its main objectives: 1) to identify specific devices which better support the development of an educational and immersive virtual environment and 2) to investigate IVR techniques that allow a more natural and intuitive interaction between the user and his study objetc. To evaluate the proposed techniques, a prototype system was developed as a case study, which permitted the user to visualize and interact with the polyhedron surfaces inside a virtual environment making cuts in these surfaces through plans. To reach the interaction proposed in this system, this research identified the need to integrate VRML language and JavaScript in order to explore the positive aspects of both languages and reach the proposed level of interaction. After making the system available to potential users, they were able to do some experiments and confirmed that the techniques proposed are satisfactory and helpful in the learning process and in the visualization of surfaces from 3D cuts, thanks to the IVR proposed techniques.

Advisors/Committee Members: Alexandre Cardoso, Luciano Vieira Lima, Celso Volpe, Edgard Afonso Lamounier Júnior.

▼ Electronic Television Network Design is well established when electronic physics concepts and computer techniques joint trough mathematical equations and geometrics concepts, to represent real effects. Even though, the two fields have significant different concepts. This research has as objective to propose one approach constraint-based data model, to support an interactive design interface. In order to provide faster and future improvements of Innovation and evolution network in time and frequency domain (Model). Considering planning to transport RF modulation, signal types, protocols, and higher frequencies, is always very complex. The intuitive graphics drawings, representing a constraint-based data model (in background), can represent different alternatives for engineer design. Funded, in simplicity and useful screen that represent contextual symbols organized in groups, the techniques presented in this dissertation intend to solve duties imposed for graphics and equations constraints, resulting valued features to CAD/CAE software innovation. The computer technology method based in constraints satisfaction supports faster decision by engineers. A proposed constraint satisfaction data model, brings a differentiated contribution to understand abstract representation of information visualization. The set of Electronic Cable Network symbols are represented as a constraint-based graph connection that highlights the degrees of freedom of the whole designed system. The capability to work with an interaction with these different worlds, simplifies a visual grouping of abstracts and physical characteristics that permit to structure and interpret a visual field in certain way. In Front of Next Generation Networks (NGN) challenges. Advisors/Committee Members: Alexandre Cardoso, Décio Bispo, Arquimedes Lopes Silva, Edgard Afonso Lamounier Júnior.

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Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de ambientes virtuais distribuídos por meio de técnicas computacionais que associadas à Realidade Virtual como ferramenta de apoio a projetos de ensino por meio da Internet. Considerando os trabalhos relacionados com o referido tópico, percebe-se que os atuais ambientes virtuais distribuídos não exploram técnicas para melhorar o uso de largura de banda e latência. Diante disto, tem-se como objetivo para esta dissertação, a criação de um jogo 3D usando técnicas da Realidade Virtual multi-jogador para Internet. A principal idéia é demonstrar, por meio de técnicas de RV e sistemas distribuídos, eficiência em interação entre usuários. Por essa razão, foi proposto o estudo de caso LudosTop que é o jogo Quarto, educacional, de apoio ao ensino. O projeto do jogo baseia-se na imagem de um parque. Nesse parque, o usuário tem a possibilidade de jogar uma partida do jogo (o Quarto) contra outro jogador pela Internet. O objetivo do jogo é alinhar sólidos geométricos que possuam atributos comuns, possibilitando adicionar, em determinado momento do jogo, uma terceira ou quarta pessoa que deve observar a partida. O processo de desenvolvimento incluiu análises de jogos para referencial teórico, metodológico e elaboração do software proposto. Para tanto, foi avaliada uma potencial tecnologia para criação e distribuição de ambientes virtuais, que se pode aplicar as técnicas de Realidade Virtual Distribuída é apresentar as vantagens de melhorias na desempenho da comunicação em rede. O trabalho inclui a descrição e implementação das técnicas de Realidade Virtual com métodos da tecnologia Torque Game Engine por meio de bibliotecas C++, OpenGL e Torque Scripting APIs, além de apresentar detalhes de implementação do sistema. O jogo 3D multijogadores foi avaliado por crianças do Ensino Fundamental, da 5 série, gerando, por fim, um relatório que indicou contribuição da experiência.

This thesis presents the development of a Distributed Virtual Environment with the use of computational techniques that, associated to Virtual Reality, as a tool to support project in education to Internet. Considering the related work, you can see that the currents Distributed Virtual Environment did not explore techniques to improve the bandwidth and latency. In face of this, the objective for this dissertation, the development of an online multiplayer 3D game with Virtual Reality techniques. The principal idea is that through Distributed System and VR techniques, can demonstrate efficiency on interaction between players. For this reason, it was proposed the case study LudosTop, it is game Quarto and can aid the educator s activity. Such learning atmosphere returns to mathematical contents and it has, as public, students of the Fundamental Teaching. The design of the software bases on the image of a park. From within of the park, the user has the possibility to play (Quarto) a match against other player over Internet. The objective of the game is to align geometric solids with common attributes, giving possibility…

Advisors/Committee Members: Alexandre Cardoso, Marcos Wagner Ribeiro, Keiji Yamanaka, Edgard Afonso Lamounier Júnior.

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Currently, access to information is increasingly easy because of the advancement of Information and Communication Technology (TIC), reflecting the popularization of computers and the Internet, both in schools as at home. In the same context research projects are being developed toward new teaching methodologies. These projects facilitate new educational methods compared with traditional methods. Today is possible to simulate several laboratories (physics, chemistry, mathematics) by a single computer lab. There are several technologies that support the creation of these systems, included Virtual Reality that lets you create Virtual models and environments and simulate them as if they were real. Another technology is Augmented Reality, where you can insert elements of virtual learning in real environments, which increases the number of alternative educational tools. However distributed systems Virtual Reality and Augmented Reality developed today are limited in the amount of virtual objects belonging to the environment used, another issue is that these systems use either Virtual or Augmented Reality to solve their problems independently, not completing the two technologies. Thus, this dissertation came with the proposal to develop a distribution architecture for Virtual and Augmented Reality, where any model or virtual environment may be distributed, which allows greater flexibility of the proposed architecture

Atualmente, o acesso à informação esta cada dia mais fácil, devido ao avanço da Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC), reflexo da popularização do computador e da Internet, tanto nas escolas quanto nas residências. No mesmo contexto pesquisas e projetos, estão sendo desenvolvidos voltados para novas metodologias de ensino. Esses projetos facilitam novos métodos educacionais quando comparado com métodos tradicionais. Hoje é possível que vários laboratórios (física, química, matemática) possam ser simulados por meio de um único laboratório de informática. Existem várias tecnologias de suporte à criação destes sistemas, podendo destacar Realidade Virtual que permite criar modelos e ambientes e simulá-los como se fossem reais. Outra tecnologia é a Realidade Aumentada, onde é possível inserir elementos de aprendizagem virtuais em ambientes reais, o que possibilita o aumento de alternativas de ferramentas educacionais. Contudo, os sistemas distribuídos de Realidade Virtual e Realidade Aumentada desenvolvidos atualmente estão limitados na quantidade de objetos virtuais pertencentes ao ambiente utilizado, outra questão é que nestes sistemas ora utilizam Realidade Virtual ou Aumentada para resolver seus problemas de forma independente, não com completando as duas tecnologias. Assim, essa dissertação tem a proposta de apresentar uma arquitetura de distribuição de Realidade Virtual e Aumentada, onde qualquer modelo ou ambiente virtual poderá ser distribuído em ambas, o que permite maior flexibilidade da arquitetura proposta.

Advisors/Committee Members: Alexandre Cardoso, Keiji Yamanaka, Edgard Afonso Lamounier Júnior, Claudio Kirner.

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Sistemas adaptativos no domínio de e-learning são aqueles capazes de adaptar o conteúdo e o modo de apresentação de acordo com o perfil de um determinado usuário ou grupo de usuários. Esses sistemas, geralmente, mantêm-se no contexto de pesquisas acadêmicas e são pouco utilizados em situações reais. Por outro lado, os ambientes de e-learning que apresentam uma plataforma completa de recursos e ferramentas disponíveis são largamente utilizados pelas instituições de ensino, mas não são adaptativos. Neste trabalho, propõe-se uma forma de integrar esses dois tipos de sistemas, com o objetivo de aproveitar as vantagens de ambos, ou seja, a adaptatividade de um, somado à abrangência de utilização de outro. Com base nessa proposta, foi projetada a integração entre um sistema adaptativo inteligente ao ambiente Moodle e implementou-se um agente que realiza essa integração, sem impacto na estrutura de cursos existente no ambiente. Além disso, projetou-se e implementou-se um sistema adaptativo baseado em ontologias e em padrões para e-learning. Com isso, espera-se contribuir para tornar os ambientes de e-learning mais adequados a propiciar uma aprendizagem significativa, ao considerar as necessidades específicas de cada estudante, assim como facilitar a criação de cursos ao possibilitar o compartilhamento de recursos de aprendizagem entre diferentes sistemas, por meio de tecnologias da web semântica.

Adaptive systems in the field of e-learning are those capable of adapting the content and mode of presentation according to the profile of a particular user or user group. These systems generally remain in the context of academic research and are rarely used in real situations. Moreover, the e-learning environments that present a complete platform of tools and resources available are largely used by educational institutions, but are not adaptive. We propose to integrate these two types of systems, aiming to take advantage of both - adaptivity coupled with the scope of use of e-learning environments. Therefore, we describe the implementation of an agent that integrates an intelligent adaptive system with the e-learning environment Moodle. Furthermore, we design and implement an adaptive system based on ontologies and e-learning standards. We hope to contribute to making e-learning environments best suited to provide meaningful learning, as well as to facilitate the creation of courses, to enable the sharing of learning resources between different systems through semantic web technologies.

Advisors/Committee Members: Rosa Maria Esteves Moreira da Costa, Alexandre Cardoso, Márcia Aparecida Fernandes.

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Hoje cada vez mais o acesso ao uso da Informática como apoio as ações e tarefas humanas é extremamente difundido nas escolas, nas residências, nas empresas e em outras diversas aplicações. Especificamente, na Educação a utilização da Informática como ferramenta de apoio ao professor e aos alunos tem sido foco de muitos trabalhos desenvolvidos pelos pesquisadores dessa área. Várias tecnologias podem ser utilizadas no processo educacional e destacamos nesta dissertação a Realidade Virtual como uma ferramenta capaz de apresentar aos alunos novas formas de conhecimento antes não exploradas pelo ambiente tradicional de uma sala de aula (lousa, giz, objetos sólidos). A dissertação desenvolvida investigou técnicas de Realidade Virtual como ferramentas adicionais ao ensino da disciplina da Química Geral, especificamente a Geometria Molecular. O entendimento por parte dos alunos da Química Orgânica exige uma grande dose de abstração, por apresentar um número significativo de regras para o surgimento de novas moléculas e a grande diversidade de compostos orgânicos existentes, propiciando um universo de possibilidades de arranjos moleculares a ser entendido e visualizado pelos estudantes. Com isso a dissertação apresentada através do uso da Realidade Virtual pretende contribuir com a simulação especificamente das moléculas de Hidrocarbonetos em um ambiente virtual, enriquecendo a possibilidade de fixação do conhecimento teórico dos alunos, a partir da visualização de moléculas em sua representação tridimensional.

Nowadays, even more, the access to the use of Informatics as a support to human actions and tasks is extremely spread in schools, homes, industry and several other applications. Specifically in Education, the use of Informatics as a supporting tool to the teacher and students has been the focus of many research undertaken in this area. Several technologies can be used in the educational process. In this dissertation special highlight is given to Virtual Reality, as a tool which is able to present to students new ways of exploring knowledge when compared to traditional approaches (black board, solid objects, chalk). This dissertation presents Virtual Reality techniques as additional tools to the teaching of General Chemistry, specifically, molecular geometry. In order to understand Organic Chemistry, a great level of abstraction is required by the students, since a large number of visualization alternatives is possible, when dealing with molecular geometry. These must be understood and visualized. Thus, this dissertation intends to contribute by presenting a Virtual Reality based environment, where Hydrocarbon molecules can be visualized and explored in three dimensions, providing a better way to help students to learn this specific subject.

Advisors/Committee Members: Edgard Afonso Lamounier Júnior, Alexandre Cardoso, Keiji Yamanaka, Ismar Frango Silveira.

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Se comparada com outras áreas de pesquisa, a Realidade Aumentada se mostra bastante recente e, por esse motivo, sujeita a novas investigações científicas e a inovações tecnológicas. Segundo Kirner e Siscoutto [2007], os ambientes de Realidade Aumentada facilitam a atuação do usuário em espaços tridimensionais, aumentam o desempenho dos sistemas e permitem melhores técnicas de interação. Nesses ambientes, é comum o uso de somente uma câmera para capturar a cena real e permitir a interação com o sistema. Portanto, em aplicações em que é apresentado um grande número de informações virtuais, no momento da interação com esses dados, é grande o risco de instabilidade na cena, provocada pela oclusão de marcadores, e por confusão na visualização dos dados. Além disso, o campo de interação com os objetos virtuais fica limitado ao entorno do usuário, dificultando a ação sobre os objetos virtuais situados a uma distância maior. O presente trabalho propõe a utilização de mais de uma câmera no desenvolvimento desses sistemas e, com isso, provocar um aumento do campo de interação com os objetos virtuais da cena, flexibilizando a manipulação de marcadores por parte do usuário e possibilitando a melhor "higienização" do ambiente visualizado. O usuário terá a opção de apresentar os marcadores fiduciais não só a câmera principal, mas também as outras câmeras disponíveis. A verificação de qual marcador foi utilizado ocorrerá através da análise da imagem da câmera a qual foi apresentado, mas as ações correspondentes serão executadas sobre os objetos apresentado na cena da câmera principal, permitindo assim que a interação ocorra sem interferência no ambiente. Na implementação do protótipo desenvolvido, foi utilizada a GoblinXNA, uma plataforma opensource escrita em C# sobre o Microsoft XNA Game Studio e a biblioteca ALVAR. Para dar suporte a esse contexto, foi utilizado um questionário aplicado aos participantes dos experimentos. Por meio da análise desses dados, foi possível inferir que a estratégia proposta é viável e possibilita a ampliação do campo de interação com os objetos virtuais em sistemas de Realidade Aumenta.

If compared with other areas of research Augmented Reality shows are fairly recent, and as such subject to new scientific research and technological innovations. According to Kirner and Siscoutto [2007] Augmented Reality environments makes easier the action of the user in three-dimensional space by increasing the system performance and allowing for better interaction techniques. In these environments it is common to use only one camera to capture the real scene and to allow interaction with the system. Therefore, in applications where it is presented a large number of virtual information, at the time of interaction with these data is a great risk of instability in the scene caused by the occlusion of markers, and confusion in data visualization. In addition, the area of interaction with virtual objects is limited to around the user, making the action on the virtual objects located further away. This study proposes…

Advisors/Committee Members: Edgard Afonso Lamounier Júnior, Alexandre Cardoso, Keiji Yamanaka, Luciano Pereira Soares.

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Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um Sistema de Autoria em Realidade Aumentada, para auxilio ao desenvolvimento de materiais didáticos voltados à educação profissional, com foco em uma interface voltada a usuários não experientes em programação. Considerando os trabalhos relacionados, detectou-se que os sistemas de autoria correlatos têm sua interface construída com base em grupos heterogêneos de usuários, o que muitas vezes dificulta sua utilização, pois é necessário o entendimento primeiramente da tecnologia e somente depois do desenvolvimento das tarefas. Diante disso, propõe-se um Sistema de Autoria construído com a participação efetiva dos usuários, no tocante a interface e as tarefas que possibilitará. Para validação desta pesquisa, escolheu-se um estudo de caso que representasse uma área específica da educação profissional, neste caso, mecânica de motores. Depois de desenvolvido, o material didático foi aplicado à avaliação de um grupo de dez alunos, por meio de questões objetivas e subjetivas referentes ao componente. Outra turma, do mesmo curso, estudou o mesmo componente, porém com materiais didáticos convencionais. Na seqüência, aplicou-se a este grupo as mesmas questões, de forma a distinguir possíveis contribuições da estratégia elaborada com uso de Realidade Aumentada. Para validação da interface com o usuário foi aplicado um questionário baseado na ISONORM 9126 NBR 13596, que fornece um modelo de 6 características e sub características de qualidade de software, após tabulados constatou-se que a maioria dos usuários ficaram muito satisfeitos com a interface desenvolvida.

This dissertation presents the development of a system of authority in Augmented Reality, to aid the development of teaching materials aimed at vocational education, focusing on a dedicated interface for users not experienced in programming. Considering related work, it was found that the authorship related systems have the interface built on heterogeneous groups of users, which often hampers its use as it is first necessary to understand the technology and only after the development of tasks. Therefore, we propose an authoring system built with the effective participation of users, regarding the interface and the tasks that should enable. To validate this research, we chose a case study that represents a specific area of professional education, in this case, motor mechanics. Once developed, the material is applied to the evaluation of a group of ten students, by means of objective and subjective issues related to the component. Another class, the same course, studied the same component, but with conventional teaching materials. Subsequently, we applied this group the same questions, in order to distinguish possible contributions of the strategy developed using Augmented Reality. For validation of the user interface was based on a questionnaire ISONORM 9126 - NBR 13596, which provides a model of six characteristics and software quality sub characteristics after tabulated it was found that most users were very satisfied…

Advisors/Committee Members: Edgard Afonso Lamounier Júnior, Alexandre Cardoso, Keiji Yamanaka, Marcio Sarroglia Pinho.

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O procedimento de inseminação artificial em bovinos exige preparo e destreza do profissional. Na maioria das vezes, o treinamento da fecundação é feito através de contato direto com próprio animal. Nos períodos de treinamento prático, muitas vezes, não é possível a uma grande quantidade de alunos terem contato com o animal, por fatores como: custos, riscos à saúde do animal e do usuário, espaço físico inadequado, cio e manejo do animal. Tais fatores acabam tornando o processo de aprendizado extremamente teórico, culminando no despreparo dos mesmos. Nesse sentido, propõe-se um simulador de Inseminação Artificial (SISTIA SISTEMA DE TREINAMENTO DE INSEMINAÇÃO ARITIFICIAL) com um modelo do aparelho reprodutor bovino, que visa, dentre outros fatores, a: realizar o treinamento em um ambiente virtual, antes de partir para a necessidade da prática no ambiente real, diminuir os custos com treinamento, diminuir gastos com a compra de material, diminuir riscos com a saúde do aluno, uma vez que, ele não será exposto ao contato com vírus e bactérias, diminuir os riscos de lesões ao animal por excesso ou erro de treinamentos reais, acompanhar os resultados de treinamento por meio da visualização de seus dados armazenados em um banco de dados da simulação. O treinamento em Realidade Virtual na simulação será desenvolvido com ajuda do dispositivo Háptico Phantom Omini. O uso desse tipo de dispositivo permite uma interação mais próxima do mundo real, uma vez que, dentre outros fatores, retorna ao usuário a sensação de rigidez, textura, tamanho e força do objeto tocado, podendo melhorar o desempenho do usuário e intensificar o sentimento de imersão.

The procedure of artificial insemination in cattle requires preparation and professional dexterity. In most cases, the training of fertilization is done through direct contact with animal itself. During periods of practical training, often is not possible a lot of students have contact with the animal, by factors like costs, risks to animal health and user, inappropriate physical space, cio and animal management. These factors end up making the learning process extremely theoretical, culminating no same unpreparedness. Accordingly, it is proposed a simulator of Artificial Insemination (SISTIA-ARITIFICIAL INSEMINATION TRAINING SYSTEM) with a model of appliance Reproduction veal, seen, among other factors, on: conduct training in a virtual environment, before leaving for the need of the practice in the real environment; decrease training costs, reduce expenses for the purchase of equipment, reduce risk with the student s health, since it is not exposed to contact with viruses and bacteria, reduce the risk of injury to the animal or real training error, monitor the results of training through the visualization of your data stored in a database of the simulation. The Virtual reality training simulation will be developed with the help of the Phantom haptic technology device Omini. The use of this type of device allows a closer interaction of the real world, since, among other factors,…

Advisors/Committee Members: Edgard Afonso Lamounier Júnior, Alexandre Cardoso, Keiji Yamanaka, Ismar Frango Silveira.

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The Virtual Reality (VR) mainly deals with the creation of three-dimensional environments generated in real time and made available for multisensory interaction with different devices. A high processing capacity and modeling environments is required for applications of this nature. These applications currently extend to various productive sectors such as industry, medicine and health, training (capacity building) and, in particular, in the Education. There are several areas of knowledge that explore VR as a teaching tool to complement the techniques applied to the binomial teaching / learning in a pedagogical context. In recent years, various issues related to the teaching of Mathematics has been a subject of interest and research into the use of Virtual Reality techniques. The developed systems have proved a increase advanced in the use of this technology. One area of the interest for mathematics industry is the study of surfaces NURBS (nonuniform Rational B-Spline). These surfaces have application in many areas of industry and engineer - such as design of automobiles, aircraft, shoes, bottles etc. However, reseachers computer systems were developed as a proposed tool for study and manipulation of NURBS with small levels of interaction and created models. These itens associated with the navigation and involvement, implicit concepts to worked by RV, certainly provide a more natural and user-friendly system. Therefore, this research has come up with a proposal to investigate how VR techniques can be used for teaching and even training in the area of NURBS. Thus, a computer system was developed and evaluated with potential users. The evaluated results demonstrate that virtual reality techniques offer an interesting field of research to provide some computational methods, that lead more dynamic and motivational to study NURBS.

A Realidade Virtual (RV) lida principalmente, com a criação de ambientes tridimensionais gerados em tempo real e disponibilizados para interação com diferentes dispositivos multissensoriais. Como conseqüência, uma alta capacidade de processamento e modelagem dos ambientes é requerida para aplicações desta natureza. Estas aplicações, atualmente, estendem-se a vários setores produtivos como: indústria, medicina e saúde, treinamento (capacitação) e, em particular, na Educação. São várias as áreas do saber que exploram a RV como uma ferramenta didática para complementar as técnicas aplicadas ao binômio ensino/aprendizagem num contexto pedagógico. Nos últimos anos, diferentes assuntos relacionados com o ensino de Matemática tem sido objeto de interesse e pesquisa para o uso de técnicas de Realidade Virtual. Os sistemas desenvolvidos têm-se mostrado cada vez mais avançados no uso desta tecnologia. Uma área da Matemática de grande interesse para indústria é o estudo das superfícies NURBS (NonUniform Rational B-Spline). Estas superfícies têm aplicação em várias áreas da indústria e da engenharia tais como design de automóveis, aeronaves, sapatos, garrafas etc. Entretanto, sistemas computacionais…

Advisors/Committee Members: Edgard Afonso Lamounier Júnior, Alexandre Cardoso, Celso Volpe, Luciano Coutinho Gomes.

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This dissertation presents an architecture to the Argumented Reality environment distribution , using the Web as a mechanism of distribution and execution. Considering the works related with the referred topic, realizing the works use the web as a mechanism of distribution, and the environment is installed and configured in its works station. Facing this, there is the aim of a development in the distribution of the Argumented Reality environment which executes directly on the web, throughout the browser. To prove the architecture, it was created a software prototype. The Argumented Reality interface from this software is based on a case study which represents a specific area of knowledge, in this case, a continuous current motor. This way the Argumented Reality interface makes the interaction by the menu and marker. The architecture uses the model client/server , and it was divided in three layers in the server and four layers on the customers. The prototype was submitted by shocked tests and scalability to prove his performance with multiple users. The tests were conducted by 35 students from the high school (technological) and teachers from the information technology area. All of them used the system and answered a questionnaire based on the ISONORM. The results obtained permits to conclude the software is effective and applied.

Esta dissertação apresenta uma arquitetura para a distribuição de ambiente de Realidade Aumentada, utilizando como mecanismo de distribuição e execução a Web. Considerando os trabalhos relacionados com o referido tópico, percebe-se que os trabalhos utilizam a web como mecanismo de distribuição, e o ambiente é instalado e configurado em suas estações de trabalho. Diante disto, tem se como objetivo o desenvolvimento de um ambiente de Realidade Aumentada distribuído que execute diretamente na web, através de browser. Para convalidar a arquitetura, foi desenvolvido um protótipo de software. A interface de Realidade Aumentada deste software está baseada em um estudo de caso que representa uma área específica do conhecimento, neste caso, motores de corrente contínua. Desta forma a interface de Realidade Aumentada possibilita a interação por meio de menu e marcador. A arquitetura utiliza o modelo cliente/servidor, e foi dividida em três camadas no servidor e quatro camadas nos clientes. O protótipo foi submetido a testes de latência e escalabilidade para convalidar seu desempenho com múltiplos usuários. Os testes foram conduzidos por 35 alunos do ensino médio (tecnológico) e 5 professores da área de informática. Todos utilizaram o sistema e responderam um questionário baseado na ISONORM. Os resultados obtidos permitem concluir que o software é eficaz e aplicável.

Advisors/Committee Members: Claudio Kirner, Edgard Afonso Lamounier Júnior, Alexandre Cardoso, Keiji Yamanaka.

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Este trabalho propõe utilizar técnicas de Realidade Aumentada para tratamento de pacientes fóbicos que não são capazes de realizar o tratamento in vivo de exposição ao objeto ou situação de fobia, em particular, pacientes diagnosticados como aracnofóbicos. O estado da arte em tratamento de doenças psicológicas que usam exposição de objetos para o tratamento, mostra que há uma grande necessidade de inovação nas formas de aplicação do tratamento para se obter sucesso nos casos avaliados observados nas pesquisas e trabalhos realizados no meio científico. Essa necessidade se reflete no tratamento de doenças psicológicas que utilizam exposição de objetos, lugares ou animais, como são os casos de fobias. Muitas pesquisas apontam que o uso de RV e RA no tratamento de doenças psicológicas tem obtido sucessos interessantes, o que justifica a escolha dessas técnicas para o presente trabalho. Um sistema de RA foi desenvolvido para auxiliar terapeutas no tratamento da Aracnofobia. Uma das grandes dificuldades deste trabalho foi o das bibliotecas de programação necessárias ainda estarem em estágio experimental. Para lidar com essas dificuldades, foram desenvolvidos novos meios de programação que possibilitaram uma melhor codificação do sistema. O sistema desenvolvido junto aos terapeutas apresenta dois tipos de visualização de RA, visão baseada em monitor e visão direta com óculos de RA, e possui nível incremental de objetos 3D. O protótipo foi testado pelos próprios terapeutas consultores e usuários do sistema. Eles o avaliaram e, em um processo incremental, trouxeram importantes contribuições para seu desenvolvimento. Ao analisar os resultados dos testes realizados, pode-se observar que os equipamentos utilizados junto ao protótipo para o tratamento, como web câmeras, óculos de RA e monitor, são essenciais para o sucesso do tratamento, tornando-se primordial a atenção dada a esses itens. Os resultados obtidos constatam a viabilidade do uso de técnicas de RA para o tratamentos de Aracnofobia e a possibilidade de tratamento de outras doenças psicológicas de mesma natureza.

This work is intended to use Augmented Reality techniques in the treatment of patients with phobia that are not capable of doing in vivo exposition treatment to the object or situation causing the phobia, specially patients with arachnophobia. The state of art of treatment of psychological disorders using the exposition to the objects of phobia in order to make the treatment shows that there is a great necessity of innovation in the ways the treatment is applied to obtain success on the evaluated cases obeserved on the researches and works in the scientific field. Such a necessity is reflected in the treatment of psychological disorders that use exposition to objects, places or animals, as in the cases of phobia. Many researches point out that the use of Virtual Reality and Augmented Reality in the treatment of psychological disorders have obtained interesting results what stress the choice of those techniques in this present work. The system of AR developed…

Advisors/Committee Members: Ederaldo Jose Lopes, Alexandre Cardoso, Keiji Yamanaka, Marcio Sarroglia Pinho.

▼ O objetivo deste trabalho é investigar o uso de técnicas computacionais que, associadas à Realidade Virtual, possibilitem a criação de um software educacional. A idéia é que este software esteja apoiado em técnicas lúdicas e cognitivas, e que possa auxiliar a atividade do educador. Tal ambiente de aprendizagem volta-se a conteúdos matemáticos e têm como público alvo, estudantes do Ensino Fundamental (2 e 3 séries). Busca na teoria do desenvolvimento intelectual de Jean Piaget a base pedagógica para a sua elaboração. O processo de desenvolvimento incluiu a análise de softwares educacionais, voltados para a área de Matemática, que também serviu como referencial teórico e metodológico para a elaboração do software proposto. Este software envolve estratégias de jogo, com o objetivo de motivar a faixa etária em questão. Por essa razão, foi denominado LudosTop. O design do software baseia-se na imagem de uma nave espacial. Dentro da nave, o usuário tem a possibilidade de acessar um LapTop que disponibiliza um jogo (o Quarto). O objetivo do jogo é alinhar sólidos geométricos que possuam atributos comuns. Do ponto de vista pedagógico, a identificação de tais atributos remete ao conceito de agrupamentos, tratado por Piaget. Buscando adicionar conteúdo ao momento do jogo, o usuário deve selecionar um personagem da história da matemática adotando-o como sua identidade no ambiente. O jogo disponibiliza o acesso a links que trazem informações sobre estes personagens. O trabalho inclui uma descrição das técnicas de Realidade Virtual e das linguagens de programação utilizadas (VRML e JavaScript), além de apresentar detalhes de implementação do sistema. O software foi testado em estudantes do Ensino Fundamental, gerando, por fim, um relatório que indicou o interesse dos estudantes pelo software e a possibilidade de poder contribuir para o desenvolvimento do raciocínio lógico-matemático. Advisors/Committee Members: Alexandre Cardoso, Elise Barbosa Mendes, Ildeberto Aparecido Rodello, Edgard Afonso Lamounier Júnior.

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Esta dissertação apresenta uma arquitetura para distribuição de ambientes virtuais de Realidade Aumentada como ferramenta de apoio a projetos de ensino. Considerando os trabalhos relacionados com o referido tópico, percebe-se que suas interfaces são pouco flexíveis para suportar interações com os objetos virtuais distribuídos. Diante disto, tem-se como objetivo para esta dissertação, a criação de uma interface de interação com o usuário e uma camada para distribuição das interações realizadas. Assim, para a realização do protótipo de software, a interface de Realidade Aumentada está baseada em um estudo de caso que representa uma área específica do conhecimento, neste caso, a fisiologia vegetal. Desta forma, foi criado uma interface de Realidade Aumentada que possibilita a interação do usuário com o ambiente virtual por meio de menus de interação e também por meio de marcadores. Esta interface é integrada a uma camada de distribuição. Assim, a camada de distribuição foi implementada seguindo a metodologia cliente/servidor baseada em objetos. Com a implementação, as interações feitas em um ambiente são replicadas para os outros ambientes e vice-versa, gerando assim, um sistema fortemente aplicável à educação, pois pode proporcionar múltiplas visualizações dos objetos virtuais sobre os objetos reais. O sistema foi apresentado e avaliado por professores e alunos de uma Instituição de Ensino Superior da cidade de Itumbiara, Goiás. Assim, professores e alunos das áreas de informática e de biologia analisaram o protótipo e responderam um questionário baseado em ISONORMS. Posteriormente, segundo os avaliadores, pode-se constatar que os resultados alcançados permitiram concluir que o protótipo é eficaz e aplicável.

This thesis presents an architecture for distribution of virtual environments in Augmented Reality as a tool to support projects in education. Subsequently, according to the evaluators, you can see that the results showed that the prototype is effective and enforceable. In face of this, this work aims creating an interface for interaction with the user and a layer for distribution of made interactions. Thus, for the creation of the software prototype, the interface of Augmented Reality is based on a study case that represents a specific area of knowledge, in this case the plant physiology. Thus was created an interface of Augmented Reality that enables user interaction with the virtual environment through menus for interaction and also by means of labels. This interface is integrated with a layer of distribution. Thus, the layer of distribution was implemented following the methodology client / server-based objects. With the implementation, the interactions made in an environment are replicated for other environments and vice versa, thereby generating a strong system applicable to education as it can provide multiple views of virtual objects on the real objects. The system was submitted and evaluated by teachers and students of a Educational Institution, a Faculty of Itumbiara city, Goiás. Thus teachers and…

Advisors/Committee Members: Edgard Afonso Lamounier Júnior, Alexandre Cardoso, Marcos Wagner Ribeiro, Antônio Carlos Sementille.

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In these days, the Virtual and Augmented Reality have outstanding due their countless applications in varied fields. Areas as education, industry, architecture, engineering and entertainment are the most beneficiaries. In particular, the area of Augmented Reality allows the information visualization in a natural form, due from the characteristic of mixing the virtual with the real. For the mixture of virtual objects with the real world, one in the ways is the use of the ARToolKit library was developed, based on techniques of computational vision. However, for its use, any user needs to accomplish a sequence of non trivial steps, involving the opening of files, association with other files and the correct placement of them in specific directories, and consequently hindering the use of the tool for the users. Seeking to supply such difficulties, this work presents the development of a system of windows for the ARToolKit software that allows to the user the conception, insert and association of markers to virtual objects in a more interactive way. This interface can be used without difficulties for common users in the development of several applications in Augmented Reality. Besides, a study was made showing principals of human-computer interaction, interfaces and usability. Some works in the scientific area are also presented, mainly those that link with the use of interfaces for Augmented Reality. In relation to the technological aspects the ARToolKit library was explored, in order to know which tool is the best to be used for the construction of an interactive interface that can integrate with the library. In agreement with the users evaluations, the proposed system reaches its objectives, by a system for user support in the development of Augmented Reality applications in a more intuitive way.

Atualmente, a Realidade Virtual e a Realidade Aumentada tem se destacado devido a suas inúmeras aplicações em variados campos. Áreas como educação, indústria, arquitetura, engenharias e entretenimento estão entre as mais beneficiadas. Em particular, a área de Realidade Aumentada (RA) permite a visualização de informações de forma muito natural, devido sua característica de misturar o virtual com o real. Para a mistura de objetos virtuais com o mundo real, uma das formas é o uso da biblioteca ARToolKit, baseada em técnicas de visão computacional. Contudo, para a utilização do mesmo, qualquer usuário necessita realizar uma seqüência de passos não triviais, envolvendo a abertura de arquivos, sua associação com outros arquivos e a correta colocação dos mesmos em diretórios específicos e conseqüentemente dificultando a utilização da ferramenta pelos usuários. Visando suprir tais dificuldades, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de janelas para o software ARToolKit, que permite ao usuário a concepção, inserção e associação de marcadores a objetos virtuais de uma maneira mais interativa . Esta interface pode ser utilizada, sem dificuldades por usuários comuns no desenvolvimento, de diversas aplicações em RA.…

Advisors/Committee Members: Edgard Afonso Lamounier Júnior, Adriano Alves Pereira, Jose Remo Ferreira Brega, Alexandre Cardoso.

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Esta dissertação apresenta um estudo comparativo do uso da arquitetura CORBA (Common Object Request Broker Architecture) e da plataforma .NET como camada intermediária de comunicação entre ambientes virtuais distribuídos. O principal objetivo deste trabalho é desenvolver um protótipo baseado na plataforma .NET e a biblioteca gráfica OPENGL que suporte a comunicação entre dois ou mais ambientes virtuais distintos de tal maneira que ações tomadas em um ambiente alterem a realidade de outros. Para isto foi utilizado como estudo de caso o processo da fotossíntese, tendo dois mundos distintos, um simulando o processo biológico da fotossíntese (Mundo da Biologia) e o outro simulando o processo químico da fotossíntese (Mundo da Química). Dentre os parâmetros utilizados para esta comparação destacam-se: escalabilidade e latência. Além disso, este trabalho foi desenvolvido objetivando o desenvolvimento de ferramentas que possam ser usadas em processos multidisciplinares de Educação. Daí, a busca para o suporte a ambientes virtuais distribuídos.

This study presents a comparative study of the use of the CORBA architecture (Common Object Request Broker Architecture) and the .NET platform as an intermediate communication layer between distributed virtual environments. The main objective of this work is to develop a prototype based of platform .NET and the graphic library OPENGL that allows the communication among two or more distinct virtual environments, in a such way that actions taken in one environment modifies the reality of other environment and vice versa. Thus, the photosynthesis phenomenon has been taken into account as a case study (due to the Biology and Chemistry environments). Scalability and latency are the main parameters used to perform the proposed architecture comparison. Finally, it is important to say this work has been done to provide tools that can support the multidisciplinary education process. Therefore, it aimed to help distributed virtual environments.

Advisors/Committee Members: Alexandre Cardoso, Marcelo de Paiva Guimarães, Paulo Roberto Guardieiro, Edgard Afonso Lamounier Júnior.

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This dissertation presents an application of Virtual and Augmented Reality, having as main focus the study of the magnetic field created by a single-phase engine of induction during its functioning. Virtual Reality and Augmented Reality potentially emerges every days, due increasing number of its applications in the most varied areas of the knowledge. One of the most benefited is Education. Therefore, these technologies becomes supporting tools for education, for assisting in the perception and interaction of the students in diverses subjects. The visualization of the magnetic field is related to strategies of use of ferromagnetic elements. Such fields, the example of others (Electric Field, Gravitational Field) have threedimensional characteristics. Since great part of the referring images to this physical phenomenon is static what most of the time it finishes making it difficult the learning of this subject. In this work, the Magnetic Field could be visualized, for the user, with use of Virtual Reality or Augmented Reality. The study element will be the Magnetic Field that is generated in an electric engine (of single-phase induction). It is intended, by means of this boarding, to identify the advantages of if using the techniques of Virtual Reality and Augmented Reality in relation the other forms of visualization of the magnetic field.

Esta dissertação apresenta uma aplicação de Realidade Virtual e Aumentada, tendo como foco principal o estudo do campo magnético criado por um motor de indução monofásico durante o seu funcionamento. A Realidade Virtual e a Realidade Aumentada a cada dia vêm se destacando, devido ao surgimento de suas inúmeras aplicações nas mais variadas áreas do conhecimento, e uma das mais beneficiadas é a educação. Portanto estas tecnologias vêm se tornando ferramentas de apoio ao ensino, auxiliando a percepção e interação dos alunos em assuntos diversos. A visualização do campo magnético está relacionada com estratégias de utilização de elementos ferromagnéticos. Tais campos, a exemplo de outros (Campo Elétrico, Campo Gravitacional) têm características tridimensionais. Sendo que grande parte das imagens referentes a este fenômeno físico é estática o que na maioria das vezes acaba dificultando ao aprendizado deste tema. Neste trabalho, o Campo Magnético poderá ser visualizado, pelo usuário, com uso de Realidade Virtual ou Realidade Aumentada. O elemento de estudo será o Campo Magnético que é gerado em um motor elétrico (de indução monofásico). Pretende-se, por meio desta abordagem, identificar as vantagens de se utilizar as técnicas de Realidade Virtual e Realidade Aumentada em relação à outras formas de visualização do campo magnético.

Advisors/Committee Members: Edgard Afonso Lamounier Júnior, Marcos Wagner Ribeiro, Robson Augusto Siscoutto, Alexandre Cardoso, Kleiber David Rodrigues.

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Nowadays, the presence of computers is noted, even subtle, in almost every area of human knowledge and activity. The advantages emerged by computers are many, but there are still drawbacks that need efficient solutions. The tech devices and audiovisual ways of communication between the user and computers are still a great challenge, because to use successfully these devices, is needed to the user to learn the new unnatural ways of interaction, like clicking and typing. There are some more natural approaches of interfaces, and One of them is known as Augmented Reality. Augmented Reality has as goal to provide people, with more intuitive ways of interaction and visualization, close to those that happen in real world. So, its possible to interact with an object using the hands as main way of interaction, inspect it and view it in its natural shape. The interaction elements are brought to the real world, instead of classic interaction with computers, where the user has to get inside the computers world and adapt himself to it. The applications for Augmented Reality are countless, and results can be already seen in several areas like Education, Training, Entertainment and Medicine. The focus of this work is on the integration between Augmented Reality and Health Science. Traditionally, the patients have limited or none knowledge about Medicine, which by the way stops him to interpret information like x-ray and electrocardiograms. So, very often even after clarifying with the specific professionals, remain doubts about organ function, disease particularities and even interpretation of tests. The system proposed in this dissertation, has as goal to provide a friendly and intuitive interface in Augmented Reality for heart beat viewing. The data needed to visualization are received from very heterogenic fonts, which goes from simple fixed values up to real time capture and viewing from heart beat sensors. Trough markers and a viewing device, the users are allowed to view in its own chest the virtual animated heart and its beating in real time, answering to his own heart beating. The developed system should be used as bases to studies on health schools, as well to view by patients, providing a way of help learn and interpret of medical data.

Atualmente, a presença de computadores é notada, mesmo que sutilmente, em praticamente todas as áreas do conhecimento e atividade humana. As vantagens trazidas pelos computadores são muitas, porém existem ainda deficiências que precisam de soluções eficientes. Os dispositivos tecnológicos e formas audiovisuais de comunicação entre o usuário e os computadores ainda são um grande desafio, pois para utilizar esses dispositivos, é necessário que o usuário aprenda as novas maneiras não naturais de interação, como clicar e digitar. Existem algumas propostas de interfaces com o usuário mais naturais, dentre elas a Realidade Aumentada. A Realidade Aumentada tem como objetivo fornecer às pessoas, formas intuitivas de interação e visualização, semelhantes às formas de interação que acontecem no…

Advisors/Committee Members: Alexandre Cardoso, Adriano de Oliveira Andrade, Luciana Porcher Nedel, Edgard Afonso Lamounier Júnior.

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Essa dissertação apresenta uma proposta de integração de técnicas de Realidade Virtual e processos pedagógicos, com o objetivo de desenvolver, aplicar e avaliar, por meio de uma equipe multidisciplinar, um sistema computacional educacional direcionado para a aprendizagem de conceitos de Física no Ensino Médio. Ao analisar alguns softwares recentes desenvolvidos para o ensino de Física (WebTop, FisicaNet, LVEF, Pintar e LVCE) constatou-se que estes possuem limitações em suas estruturas pedagógicas. Assim, visando suprir estas limitações pedagógicas, foi proposto o SEFIRV (Sistema de Experiências Físicas Instrucional em Realidade Virtual), composto por vinte e seis simulações virtuais alicerçadas em princípios construtivistas e interligadas conceitualmente por meio de ferramentas cognitivas. Para tanto, foram desenvolvidos desenhos pedagógicos que possuem como objetivo incentivar a aprendizagem e desafiar os aprendizes. Com o intuito de eliminar a organização e distribuição linear e unidimensional dos conteúdos foi elaborado um conjunto de organizadores gráficos e mapas conceituais para proporcionar ao aluno a visualização do todo e das partes entre os conceitos, bem como a possibilidade de gerenciar a sua aprendizagem. Em relação aos aspectos tecnológicos, utilizou-se Realidade Virtual (RV) não imersiva e a linguagem VRML (Virtual Reality Modeling Language) para a modelagem dos objetos tridimensionais e a linguagem JavaScript foi utilizada para animação dos Ambientes Virtuais e interação com o usuário. A avaliação do SEFIRV limitou-se a verificar a usabilidade do sistema e a aprendizagem de conceitos físicos. Os resultados da avaliação foram satisfatórios, mostrando que o sistema contribui consideravelmente para o processo ensino/aprendizagem.

This dissertation presents a proposal of integration of techniques of Virtual Reality and pedagogic processes, with the aim of developing, to apply and to evaluate, through a multidisciplinar team, a computational system education addressed for the teaching Physics in high shool. When analyzing some recent softwares developed for Physics teaching (WebTop, FisicaNet, LVEF, to Paint and LVCE) was verified that these possess limitations in their pedagogic structures. Thereby, seeking to supply these pedagogic limitations was proposed the SEFIRV (System of Physical Experiences Instructional in Virtual Reality) is composed by twenty-six virtual simulations within constructivist principles and conceptually interlinked through cognitive tools. For so much, it was developed a pedagogical drawing to stimulate learning of the apprentices. With the intention of eliminating the linear organization and linear distribution and one-dimensional of the contents a group of Graphic Organizers and Conceptual Maps were elaborated to provide to the student a visualization of the whole and of the parts among the concepts, as well as, the possibility to manage the learning. In relation to the technological aspects, non-immersive Virtual Reality (RV) was used, together with the VRML (Virtual Reality…

Advisors/Committee Members: Alexandre Cardoso, Elise Barbosa Mendes, Edgard Afonso Lamounier Júnior, Eduardo Kojy Takahashi, Jose Remo Ferreira Brega.