A Multimedia ao Servico da Educacao e da Cultura

A MULTIMÉDIA AO SERVIÇO DA EDUCAÇÃO E DA CULTURA Paulo N. M. Sampaio Madeira Interactive Technologies Institute (M-ITI) Universidade da Madeira (UMa) Evandro M. C. M. Morgado Agrupamento de Escolas Bento Carqueja Oliveira de Azeméis Resumo A multimédia tem sido amplamente utilizada em diferentes domínios de aplicação. O sucesso da multimédia deve-se a diferentes razões que vão desde a sua multimodalidade ao seu aspeto lúdico.

Diferentes estudos e teorias têm emergido com o objetivo de investigar e de identificar o impacto da multimédia em diversas áreas de aplicação. Neste trabalho, apresentamos um estudo de alguns dos contributos relativamente à literatura e realizamos a categorização dos principais critérios para o impacto da multimédia em particular na educação e na cultura. De forma a ilustrar esse estudo, expomos algumas contribuições relacionadas à implementação de aplicações Multimédia e de Realidade Virtual realizadas na Universidade da Madeira.

Palavras-chave: Multimédia, Realidade Virtual, Realidade Aumentada, Educação, Cultura, Novas Tecnologias

1. Introdução A apresentação multimédia, por definição, está relacionada com a apresentação coordenada de diferentes tipos de informação (texto, imagens, áudio, vídeo, etc.), possivelmente suportando a interação do utilizador. A multimédia tem sido amplamente utilizada em diferentes domínios de aplicação, tais como o entretenimento, saúde, comércio, educação, cultura, etc. Diferentes razões podem ser apontadas para o sucesso da aplicação da multimédia nestas áreas, que vão da sua multimodalidade ao seu aspeto mais lúdico. É facto que a multimédia é uma ferramenta útil que proporciona a rápida compreensão do assunto abordado. Também foi provado empiricamente que o homem é mais recetivo às informações recebidas e constrói seus modelos cognitivos mais rapidamente se elas são transmitidas através de diferentes canais de informação.

A Realidade Virtual (RV) representa uma nova interface gráfica que permite a apresentação da informação em 3D, permitindo, muitas vezes, que o utilizar se considere inserido no ambiente virtual apresentado. A RV é um recurso didático importante pois permite “transportar” o utilizador para ambientes em que ele não poderia fisicamente ser capaz de se inserir ou que poderia colocar em risco a sua vida.

A integração da Multimédia na Realidade Virtual é uma possibilidade interessante e promissora no desenvolvimento de aplicações de RV. A multimédia cativa a atenção do utilizador dentro do ambiente virtual permitindo enriquecer a sua interação, promover o seu interesse e o envolvimento com o ambiente e aumentar a sua sensação de imersão.

Neste trabalho, apresentamos uma breve discussão sobre o impacto da multimédia, em particular, na educação e na cultura. Para isso, são revisitadas algumas teorias apresentadas na literatura, orientadas à educação multimédia, e é proposta uma abordagem de forma a categorizar os principais fatores de impacto da multimédia. Na 71

continuidade deste trabalho, apresentamos também algumas das nossas contribuições realizadas na Universidade da Madeira de forma a promover o desenvolvimento de aplicações Multimédia e de Realidade Virtual orientadas à educação e à cultura.

Este trabalho está organizado da seguinte forma: O capítulo 2 discute o impacto da multimédia na educação e cultura; O capítulo 3 apresenta a “UMa Virtual” relacionada ao desenvolvimento de soluções de forma a integrar apresentações multimédia em ambientes virtuais; O capítulo 4 introduz o “VirtualLabs@UMa”, um laboratório virtual e adaptativo de química; O capítulo 5 apresenta uma plataforma para a autoria intuitiva de ambientes virtuais; O capítulo 6 discute os principais aspetos de implementação do projeto “O Mistério da Rainha Roxa”, nomeadamente o desenvolvimento de uma aplicação de realidade aumentada para a literatura infantil; O capítulo 7 finaliza o trabalho com algumas conclusões.

2. Impacto da Multimédia na Educação e Cultura Para compreendermos o fenómeno do crescimento da multimédia na educação e na cultura, é importante entendermos como o homem processa a aprendizagem multimédia. A aprendizagem multimédia ocorre quando o homem constrói modelos cognitivos a partir da informação multimédia recebida, ou seja, representações mentais a partir de palavras (tais como o texto falado ou impresso), imagens (ilustrações, fotos, animações ou vídeo) e áudio. O processo de construção de representações mentais a partir de palavras e imagens foi o foco da teoria cognitiva da aprendizagem multimédia de Mayer, da teoria de carga cognitiva de Sweller e do modelo de integração baseado na compreensão do texto e imagem de Schnotz (Mayer, 2005).

O impacto da tecnologia na arte (e vice-versa) é inquestionável e o impacto em particular das novas médias artísticas na tecnologia é inevitável. Estas, nos últimos anos, têm sido amplamente adotadas e diferentes universidades no mundo têm desenvolvido softwares de forma a dar apoio à criação de novas médias artísticas, orientados aos artistas que não são apenas utilizadores da tecnologia, mas que também participam do processo de criação. O impacto causado por este processo levou não só ao desenvolvimento de novas práticas artísticas, mas também à investigação de novas tecnologias (Jaimes & Jennings, 2004).

O conteúdo multimédia e as tecnologias recebem atenção especial uma vez que despertam diretamente os nossos sentidos, levando-nos à reflexão sobre a distinção entre a realidade e a representação da realidade. Nesta reflexão, pensamos ser pertinente questionar alguns paradigmas, tais como: A utilização massiva da multimédia ajuda a reforçar as fronteiras e as diferenças culturais? A multimédia contribui com a definição de identidades culturais (consciência cultural) numa época em que se fala apenas de multiculturalismo? Como é que a arte e a cultura, que possuem muitos papéis multiculturais, podem utilizar uma mesma tecnologia que possivelmente leva às questões levantadas anteriormente?

A utilização e a exibição de obras de arte multimédia representam um desafio para o artista que deve considerar as questões anteriores de uma forma inovadora, combinando as novas tecnologias e múltiplas médias, tais como a fotografia, vídeo, som, etc.

Outras questões foram também levantadas quando a aprendizagem multimédia foi aplicada na educação. Até algum tempo atrás, os alunos eram considerados como 72

recipientes passivos de informação na educação académica. No entanto, com o passar do tempo e com o emergir de novas tecnologias, foi necessário desenvolver novos paradigmas educativos que permitissem aos alunos adquirir novas competências e lidar com problemas que não eram óbvios no seu dia a dia. Atualmente, dos licenciados das universidades esperam-se conhecimentos sólidos de técnicas e competências na análise e na síntese, assim como as competências necessárias para operar e gerir uma empresa moderna. Todos esses requisitos revelaram uma necessidade do desenvolvimento de novas formas de apresentar conteúdos e de realizar avaliações (Birenbaum, 1996).

Boas práticas baseadas na investigação levaram em consideração aspetos pedagógicos, operacionais, tecnológicos e estratégicos na adoção de novas tecnologias e na utilização de avaliação baseada em computadores (Hirsh et al., 2004). Como exemplo, um modelo para o diagnóstico do conhecimento de um aluno foi proposto através de avaliações adaptativas em (Guzman & Conejo, 2004). Da mesma forma, teorias bem fundamentadas e suportadas empiricamente para serem aplicadas no desenvolvimento e avaliação das capacidades de pensamento crítico dos alunos foram apresentadas em (Lynch & Wolcott, 2001).

A multimédia tem sido intensivamente aplicada na educação, em particular, na preparação de material educativo. Diversos estudos tentaram investigar a relevância da multimédia nesta área, por exemplo, com a proposta das teorias cognitivas (Sorden, 2005), com a identificação das possibilidades de interação (Oliver 1996), através da observação e análise da experiência do professor e dos alunos com um ambiente multimédia (Slack 1999), entre outras vertentes. Todos estes estudos permitiram-nos definir o conceito de impacto da multimédia, que determina as diferentes características da multimédia que influenciam o comportamento dos professores, a aprendizagem e a motivação dos alunos (Encheva et al., 2007).

Antes de apresentarmos os diferentes critérios de impacto da multimédia, propomos a adoção de uma abordagem estruturada onde identificamos os principais componentes de uma aplicação multimédia, para então podermos apresentar como os critérios de impacto estão relacionados com os componentes de uma aplicação multimédia. Portanto, os componentes de uma aplicação multimédia são apresentados numa estrutura multinível (Sampaio, 2003): (i) Nível de Conteúdo, que descreve as informações associadas a cada componente da aplicação; (ii) Nível de Apresentação, que descreve como e onde cada componente da aplicação será apresentado; (iii) Nível conceptual, que descreve o comportamento da aplicação associado às relações lógicas e temporais entre os seus componentes; (iv) Interatividade, que descreve as âncoras e as ligações para a navegação hipermédia e outros métodos de interação, tais como a seleção, o controlo da apresentação e do ambiente e a entrada de dados. Uma vez que o utilizador é um componente chave na aprendizagem, também o consideramos como um quinto componente de uma aplicação de aprendizagem multimédia.

Diferentes critérios de impacto multimédia foram identificados, podendo estes ser relacionados com um ou mais componentes da estrutura de uma aplicação multimédia.

A Tabela 1 lista esses critérios identificados.

Segue-se uma breve descrição dos critérios de impacto na aprendizagem identificados: Adaptabilidade – o conteúdo multimédia pode ser adaptado de forma a oferecer acessibilidade a um maior número de utilizadores (deficientes visuais e auditivos).

Vários aspetos podem ser considerados, a saber: idioma, legendas, canais de áudio/texto alternados, etc. No nível da apresentação, a informação multimédia pode ser 73

apresentada de diferentes formas para adaptar-se a um dispositivo de apresentação em particular (layout).

Tabela 1 – Critérios de impacto multimédia Estrutura Critério de Impacto Multimédia Conteúdo Adaptabilidade (acessibilidade, idioma) Simulação Apresentação Entradas visuais e auditivas Usabilidade (intuitividade) Adaptabilidade (dispositivo, layout) Conceptual Navegação temporal Navegação estrutural e hiperestrutural Interatividade Controlo da aprendizagem Anotação Colaboração Utilizador Público-alvo Aluno Passivo x Ativo Controlo do ritmo de aprendizagem Estilos de aprendizagem Preferências de aprendizagem Orientações de aprendizagem

Simulação – a informação multimédia pode ser utilizada para proporcionar a compreensão do aluno sobre assuntos difíceis de se compreender a partir de uma ilustração de um livro ou que poderiam colocar o aluno em risco de vida.

Entradas visuais e auditivas – é um facto que o utilizador pode dividir a sua atenção por múltiplas fontes de informação quando uma instrução é apresentada através de canais visuais e auditivos (Mousavi et al., 1995). A Teoria da Codificação Duplicada sugere que o homem possui dois tipos de memória de trabalho, uma verbal e outra auditiva, e que aprendemos mais facilmente quando ambos os canais são utilizados simultaneamente de forma complementar, ao invés de um sobrecarregar o outro (Sorden, 2005).

Usabilidade – é fundamental que a interface do utilizador seja o mais simples possível, de forma a diminuir a sobrecarga do aluno na aprendizagem da interface antes de concentrar-se no conteúdo estudado. Portanto, sugere-se a utilização de regras de design de forma a simplificar a criação de aplicações interativas.

Navegação temporal – está relacionada com a possibilidade do aluno navegar para frente ou para trás na estrutura temporal do documento multimédia. Assim, os tópicos estudados podem ser revistos ou a sua apresentação pode ser acelerada se o aluno já dominar o tópico em causa.

Navegação estrutural e hiperestrutural – o tipo de navegação na estrutura de um documento é importante para determinar não só o conteúdo estudado, mas também o contexto e o estilo de aprendizagem. Na navegação linear (ou estrutural), o aluno segue a estrutura original do documento multimédia, respeitando a ordem de apresentação do conteúdo (secção a secção, capítulo a capítulo). Na navegação hiperestrutural, o aluno não segue a estrutura original do documento e pode saltar o conteúdo apresentado para contextos diferentes a qualquer momento.

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Controlo da aprendizagem – o tipo de interação do utilizador pode determinar a eficácia da aprendizagem do aluno. Portanto, dois tipos de interação são identificados: interação funcional e de aprendizagem. A interação funcional está relacionada com o controlo das funcionalidades da aplicação, como por exemplo, o controlo do volume, controlo do áudio e vídeo, ferramentas de busca, navegação e configuração. A interação de aprendizagem visa um objetivo de aprendizagem específico, tais como exercícios baseados na simulação, ou mesmo animações interativas e diagramas.

Anotações – a utilização de notas ou observações é importante no processo de envolvimento do aluno com o processo de aprendizagem. Os alunos aprendem melhor os conceitos estudados se são capazes de personalizar o conteúdo com as suas próprias observações.

Colaboração – o trabalho colaborativo é importante em aplicações educacionais, uma vez que é dado o suporte à formação e ao controlo de grupos de utilizadores que podem comunicar entre si através de ferramentas síncronas (chat, videoconferência...) e assíncronas (correio eletrónico, blogs...). O aluno pode controlar e melhorar o processo de aprendizagem se ele for capaz de comunicar e colaborar com os seus colegas.

Público-alvo – O conhecimento do público-alvo a quem a aplicação educacional multimédia é destinada é fundamental na conceção de conteúdos de aprendizagem. De facto, os autores de conteúdo educativo têm pouco ou nenhum controlo sobre as habilidades inatas de navegação e de aprendizagem dos alunos, mas, se o contexto e os objetivos de aprendizagem do grupo-alvo são conhecidos, mais facilmente será possível produzir um material multimédia educacional que atenda as necessidades educativas do grupo em causa.

Aluno Passivo X Ativo – os papéis de aluno Ativo e Passivo estão diretamente associadas à distinção conceptual entre entrega/apresentação e exploração de conteúdo, respetivamente. No modelo orientado à entrega/apresentação de conteúdo, os alunos aprendem através do conteúdo entregue presencialmente ou à distância, participando de forma passiva no processo de aprendizagem. Na exploração do conteúdo, os alunos aprendem sob uma forma mais interativa (jogos, simulações, quizzes, entre outros), participando de forma ativa no processo de aprendizagem, o que leva a uma maior motivação e envolvimento do aluno.

Controlo do ritmo de aprendizagem – a informação estudada é melhor assimilada, se o aluno poder controlar o ritmo de aprendizagem. Durante o estudo, o aluno necessita desenvolver processos cognitivos ao selecionar, organizar e integrar o conteúdo abordado (Sorden, 2005). A apresentação do conteúdo educativo multimédia deve permitir o aluno navegar ao seu ritmo acelerando ou realizando pausas de acordo com a sua necessidade.

Estilos de aprendizagem – as características do controlo da apresentação multimédia devem suportar as diferentes habilidades e estilos de aprendizagem (Stemler, 1997). Portanto, é importante oferecer ao aluno diferentes experiências sobre o conteúdo estudado, ao invés de apenas uma única estrutura de apresentação.

Diferentes estilos de aprendizagem são identificados por Kolb (Kolb, 1984) tais como Divergir (sentir e observar), Assimilar (observar e pensar), Convergir (fazer e pensar) e Acomodar (fazer e sentir).

Preferências de aprendizagem – a variedade de tipos de médias permite que a informação seja apresentada de diferentes formas e que o aluno possa escolher a sua preferência de aprendizagem (Ativo, Passivo, Visual, Verbal).

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Orientações de aprendizagem – este critério é fundamental para a individualização do processo de aprendizagem (Martinez & Bunderson, 2000). Existem quatro tipos de orientações: Alunos Transformadores – o seu comportamento é definido através das suas maisvalias, esforço persistente, estratégias, expectativas positivas e aprendizagem intencional. Os alunos transformadores preferem ambientes de aprendizagem fracamente estruturado ou flexíveis que suportem ou motivem o improviso e a antecipação, especializações, experiências sujeitas a risco, tutoria, autoaprendizagem, resoluções de problemas e alcance de objetivos de aprendizagem pessoal.

Alunos Orientados à Performance – o seu comportamento não é sujeito à risco, são conscientes, sistemáticos, capazes de utilizar os processos cognitivos na aprendizagem, são orientados a tarefas e ao resultado. Esses alunos trabalham para um objetivo, limitando esforços e evitando passos exploratórios além da tarefa de aprendizagem. Portanto, são alunos que preferem ambientes de aprendizagem semiestruturados com algum controlo na estrutura e ritmo de aprendizagem.

Alunos Conformados – são alunos que aceitam a informação estudada de forma passiva, assimilando-a e reproduzindo-a de forma a completar uma tarefa. Eles não produzem pensamentos críticos, sintetizam feedback, resolvem problemas complexos, tomam decisões de forma independente e não produzem conhecimento significativo de forma a causar uma mudança pessoal ou no seu ambiente. Esses alunos esforçam-se menos e recebem direcionamento explícito durante a realização das tarefas. Portanto, eles preferem um ambiente de aprendizagem seguro, controlado, estruturado e orientado pela tutoria passo-a-passo.

Alunos Resistentes – estes alunos não acreditam que o conhecimento académico e a aprendizagem de competências o permitirão alcançar objetivos e iniciar uma mudança positiva nas suas vidas.

Em geral, o suporte empírico existente permite-nos concluir que a multimédia pode influenciar de forma positiva na aprendizagem e na cultura quando (Najjar, 1995): (i) a apresentação suporta a dualidade de código (a informação é apresentada através de um ou mais canais independentes); (ii) as médias apresentadas suportam-se umas as outras (apresentando informações complementares); (iii) a média ajuda o aluno a produzir modelos cognitivos construtivos; (iv) a informação é apresentada a um aluno com pouco ou nenhum conhecimento prévio sobre o assunto estudado.

Nas próximas secções apresentamos algumas contribuições que ilustram o impacto da multimédia e da realidade virtual na educação e cultura.

3. UMa Virtual: Aplicação da Multimédia e da Realidade Virtual A Multimédia tem sido aplicada em diferentes domínios como uma ferramenta importante de forma a facilitar a compreensão do conteúdo apresentado. Diferentes estudos têm comprovado que o homem é mais recetivo a novas informações e é capaz de construir modelos cognitivos mais facilmente se a informação é apresentada em diferentes modalidades (Sorden, 2005; Mayer, 2005). A integração de conteúdos multimédia dentro de Ambientes Virtuais (AVs) representa uma tendência promissora no desenvolvimento de aplicações de Realidade Virtual (RV). A Multimédia captiva a atenção do utilizador dentro do ambiente virtual enriquecendo a interação, aumentando a imersão, promovendo o interesse do utilizador e facilitando o aprendizagem.

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Alguns aspetos importantes devem ser considerados na integração de conteúdo multimédia dentro de AVs, tais como a especificação da sincronização temporal e lógica de diferentes objetos média (com pelo menos um áudio ou vídeo) a serem apresentados no AV e dos eventos (ex: a interação do utilizador) que serão aplicados para a comunicação entre os ambientes 3D e 2D respetivamente relacionados ao ambiente virtual e à apresentação multimédia. Infelizmente a maioria das linguagens existentes para a descrição de ambientes 3D – tais como VRML (VRML), X3D (X3D) ou Java3D (Java3D) – são monomédia e não interativos, uma vez que elas suportam apenas a apresentação de objetos média de forma isolada sem qualquer sincronização entre eles.

A solução apresentada neste trabalho propõe a integração de conteúdo multimédia em AVs baseada no motor gráfico OGRE (OGRE3D). Para isto, foi implementando uma aplicação, chamada de OGRE-Multimédia, que permite a personalização de apresentações multimédia em qualquer ambiente virtual (AV) OGRE sem alterações adicionais no código do AV (de Freitas, 2007). OGRE (Object-Oriented Graphics Rendering Engine) é um motor gráfico orientado a cenários flexível proposto de forma a facilitar o desenvolvimento de aplicações baseadas em Realidade Virtual utilizado uma placa de aceleração gráfica 3D.

Figura 1 – Cenário Virtual desenvolvido com o OGRE

Além das diferentes funcionalidades deste motor gráfico para a criação avançada de ambientes virtuais realísticos, OGRE ainda suporta aplicações centradas em redes, a apresentação de conteúdo multimédia, a simulação de efeitos físicos, etc. OGRE possui uma arquitetura flexível que permite a integração de novas bibliotecas facilmente.

Portanto, a equipa de desenvolvimento OGRE pode concentrar-se nos aspetos gráficos da implementação uma vez que esta tecnologia fornece uma alta qualidade gráfica, como está ilustrado na Figura 1.

Na solução implementada, é possível a integração de qualquer tipo de objeto média no ambiente virtual, tais como vídeo, áudio, imagem, texto e animação. Além desses objetos, ainda é suportada a apresentação de outros objetos multimédia tais como RealPlayer (RealPlayer), GRiNs (GRiNS), de conteúdos Flash (Flash) ou de um navegador Web. A ideia principal consiste em apresentar um conteúdo multimédia como uma textura em qualquer espaço dentro do ambiente virtual de forma sincronizada. Assim, esta solução permite a criação de ambientes de aprendizagens virtuais personalizáveis.

A seguir, o protótipo da aplicação OGRE-Multimédia é apresentado. Na aplicação desenvolvida foi implementado um mundo virtual descrevendo um edifício de três pisos onde as funcionalidades (rede, comunicação, física, inteligência artificial, texturas, emissão de partículas etc.) do OGRE foram exploradas. A Figura 2 apresenta uma visão global da aplicação desenvolvida (Cardoso, 2007).

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(a) 1o Piso

(b) 2o Piso

(c) 3o Piso

Figura 2 – Edifício virtual com três pisos

A implementação do OGRE-Multimédia foi facilmente integrada à arquitetura do OGRE e a sincronização multimédia foi realizada de forma simples através de um ficheiro textual descritivo. Portanto, no edifício implementado, o primeiro piso foi reservado para a apresentação de conteúdo multimédia de forma sincronizada adotando o espaço virtual como uma sala de exposição. Este piso é representado por uma sala aberta e ampla, onde à frente das paredes encontra-se um púlpito sensível à interação (clique) ou aproximação do utilizador. Quando o utilizador interage com o púlpito, a apresentação multimédia correspondente é inicializada (Figuras 3a, 3b e 3c).

Quando os objetos multimédia começam a ser apresentados, o seu nível de transparência é alterado gradualmente produzindo o efeito de “fade-in” e “fade-out”.

Como podemos verificar na Figura 3(d), um navegador Web também é apresentado como uma textura multimédia. As Figuras 3(d), 3(e) e 3(f) ilustram a navegação na Web.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 3 – Apresentação de conteúdo multimédia dentro do ambiente virtual

Todos os objetos média apresentados no ambiente virtual são sincronizados e geridos pelo OGRE-Multimédia que coordena o início e término de apresentação de todos os objetos de acordo com a configuração prévia no ficheiro textual de sincronização. OGRE-Multimédia permite a apresentação multimédia dentro do

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ambiente virtual tornando o ambiente mais realístico e interessante, e aumentando o interesse e a concentração do utilizador.

OGRE-Multimédia pode ser aplicado a qualquer aplicação de realidade virtual OGRE uma vez que essa contribuição é baseada em uma arquitetura aberta e flexível, suportando a apresentação integrada de diferentes tipos de objetos média e também de conteúdos multimédia tais como navegadores web, conteúdos Flash, entre outros. Como podemos constatar, a combinação da Multimédia com a Realidade Virtual pode ser aplicada com sucesso em ambientes de aprendizagem mais robustos, de forma a que os alunos se sintam mais confortáveis e concentrados no ambiente virtual, o que promove o aumento da sua sensação de imersão facilitando a transferência de informação.

4. VirtualLabs@Uma: Laboratório Virtual 3D Nos últimos anos, os métodos de ensino têm sido adaptados e, consequentemente, evoluído com a utilização das novas tecnologias de forma a melhorar a aprendizagem e a aquisição de conhecimento. Essa evolução pode ser constatada ao considerarmos a transição dos antigos quadros negros, para os retroprojetores, até a utilização dos quadros interativos com os projetores e computadores atuais. No entanto, quando os alunos deixam a escola e vão para suas casas, o único suporte que possuem são os materiais impressos (ex. livros) e os digitais (ex. Internet).

De facto, os recursos atuais para o estudo são mais teoréticos e baseados em livros ou manuais escolares, associados à utilização do computador. No entanto, quando consideramos cursos mais práticos como química ou biologia, temos que considerar que essas disciplinas dependem do suporte de um laboratório físico com uma infraestrutura mínima para que o aluno possa replicar com sucesso os exercícios e as experiências.

Neste trabalho, é apresentado o desenvolvimento do VirtualLabs@UMa (Mendonça, 2010), um laboratório virtual desenvolvido na Universidade da Madeira (UMa), que pode ser personalizado facilmente com novas atividades e experiências, sendo acessível aos alunos independente da sua localização. Esta ferramenta é útil de forma a assistir os professores para que estes possam ajudar no desenvolvimento cognitivo de seus alunos. Portanto, os alunos são capazes de replicar em casa a experiência realizada na escola quantas vezes desejar, podendo obter uma melhor perceção de como a atividade deve ser executada corretamente, consolidando assim a sua aprendizagem.

A principal vantagem de um laboratório virtual é que ele não depende da disponibilidade de tempo, espaço e recursos. Um laboratório virtual é um software de simulação que oferece uma variedade de alternativas para a execução de uma atividade, não restringindo o utilizador a uma única solução. Este tipo de aplicação oferece uma ampla disponibilidade e mobilidade, uma vez que o utilizador pode interagir com a aplicação quando ele desejar, independente da sua localização, hora do dia ou ritmo de aprendizagem. Estes três aspetos têm um maior impacto quando consideramos que o utilizador necessita de replicar uma experiência várias vezes até obter a compreensão completa sobre a mesma. Portanto, com esta aplicação o utilizador não fica limitado à falta de recursos materiais ou de infraestrutura.

Nesta aplicação, utilizamos a plataforma de gestão de conteúdo Moodle de forma a disponibilizarmos o Módulo de Gestão de Protocolos, permitindo aos professores criar e configurar novos protocolos experimentais a serem aplicados no VirtualLabs@UMa 79

(Figura 4). Portanto, a partir das páginas Moodle é possível incluir ligações para protocolos experimentais e lançar a execução do VirtualLabs@UMa.

Figure 4 – Configuração de Novos Protocolos com a plataforma Moodle

O VirtualLabs@UMa foi implementado como um ambiente virtual de forma a oferecer uma interface mais intuitiva para o utilizador interagir, permitindo-o replicar no ambiente virtual as ações que normalmente deveria realizar no ambiente real. Essas ações podem ser de selecionar um objeto, movê-lo, despejar o seu conteúdo em outro recipiente e rotacioná-lo.

Figura 5 – Ambiente VirtualLabs@UMa

As Figuras 5 e 6 ilustram a utilização do VirtualLabs@UMa. Em particular, a Figura 5 ilustra a aplicação após a sua inicialização. Neste momento, todos os objetos e reagentes necessários para a realização do protocolo em causa estão disponíveis na estante. A partir deste momento, o utilizador é livre para escolher os objetos e reagentes que ele precisa manipular. Tal como no laboratório real, o utilizador deve levar esses objetos para o balcão de trabalho e, neste local, deve realizar todas as atividades previstas para a experiência (ex. misturar reagentes, selecionar quantidades, etc.). Da mesma forma, o utilizador pode reiniciar o experimento, se ele assim desejar.

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Figura 6 – Apresentação dos resultados do experimento no VirtualLabs@UMa

Quando comparado com outros laboratórios virtuais disponíveis na literatura, a aplicação desenvolvida difere pela sua flexibilidade e personalização. Todos os laboratórios considerados – como por exemplo, Howard Hughes Medical Institute Virtual Labs (BioInteractive, 2010), ChemCollective (ChemCollective, 2010), Virtual Laboratories (Virtual Laboratories, 2009) e VRLabQuim (Rodello, 2001) – suportam apenas uma atividade. No momento em que o professor necessita de novas atividades, um novo laboratório tem que ser desenvolvido. No entanto, no caso do VirtualLabs@UMa, uma vez que o professor cria um novo protocolo através do Moodle, a aplicação irá adaptar-se automaticamente para suportar esse novo protocolo.

Outra característica importante do VirtualLabs@UMa é a possibilidade de registar todas as ações do utilizador durante uma sessão de trabalho. Uma vez que o aluno completou a experiência, é possível a geração automática de um relatório que pode ser enviado ao professor para avaliação ou ser arquivado para posterior utilização. Assim, a avaliação poderá não apenas ser baseada no resultado final da experiência, mas também será considerada a forma como o aluno o realizou. Claramente, essa característica permite aos professores acompanhar as atividades dos alunos, ajudando-os a melhorar a sua aprendizagem.

Em resumo, as principais vantagens do VirtualLabs@UMa são: a sua capacidade de adaptar-se a novos protocolos experimentais; oferece ao utilizador a liberdade de realizar qualquer ação dentro do ambiente virtual, assim como no ambiente real; ele permite o registo de todas as ações do utilizador durante uma sessão, dado que pode ser utilizado para gerar um relatório de aproveitamento. Tal relatório pode ser utilizado pelos professores de forma a acompanhar individualmente as necessidades de aprendizagem dos seus alunos.

5. OGRE Creativity Labs: Ambiente para a Autoria de Aplicações de Realidade Virtual Atualmente, existem diferentes linguagens e ferramentas disponíveis para o desenvolvimento de ambientes virtuais. No entanto, as soluções existentes não são intuitivas e requerem um desenvolvedor com conhecimentos aprofundados dos componentes, representação e estrutura de forma a ser capaz de criar um ambiente virtual. Além do mais, a maior parte das soluções existentes ainda são limitadas na criação de ambientes mais complexos e realísticos com os seguintes elementos: alta qualidade gráfica, possibilidade de integração de conteúdo multimédia no ambiente virtual, o desenvolvimento de aplicações distribuídas que permitam a navegação remota

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ou ofereçam ferramentas de comunicação tais como o VoIP (Voice over Internet Protocol), chat, entre outras características avançadas.

O objetivo desta contribuição é apresentar o desenvolvimento de uma solução que permita a autoria intuitiva de ambientes virtuais baseados na plataforma OGRE, o OGRE Creative Labs (OGRE-CL) (Teixeira, 2010). Outra importante contribuição apresentada neste trabalho é o desenvolvimento do OGRE-Coder (Fernandes, 2010), uma ferramenta que permite a geração automática do código de implementação utilizado pelo OGRE (C# – C Sharp) a partir da ferramenta de autoria OGRE-CL. O ambiente de autoria 3D desenvolvido (OGRE-CL/OGRE Coder) permite a rápida prototipagem das aplicações de ambientes virtuais, uma vez que os desenvolvedores OGRE têm o tempo dedicado ao design da interface gráfica da aplicação reduzido, permitindo-os dedicar-se aos aspetos de programação da dinâmica e das estratégias da aplicação. Dessa forma, o ambiente de autoria implementado permite a redução considerável do tempo de desenvolvimento de aplicações OGRE. 5.1. A Autoria de Cenários Virtuais OGRE Os requisitos de uma aplicação refletem as necessidades de um cliente a serem satisfeitas pela aplicação desenvolvida (Oberg et al., 2010). Esses requisitos servem de roteiro, e a maior parte do tempo, representam os objetivos a serem alcançados no desenvolvimento de um projeto. Os seguintes requisitos foram definidos para o desenvolvimento de OGRE-CL: Criar e gerir um cenário virtual (abrir, salvar, apagar, etc.).

Configurar e editar um cenário virtual de acordo com um conjunto de funcionalidades e parâmetros, tais como: Cor ambiente do cenário; Sombra utilizada no cenário; Tipo de técnica de nevoeiro utilizada; Tipo de Luzes utilizadas (especular/difusa); Posição e direção da luz; Tipo de céu; Definição do plano; Valores da câmara; Adição/remoção de objetos 3D no cenário; Posição, escala e rotação dos objetos no cenário, e; Inserção e remoção de uma biblioteca de objects.

Nesta secção, apresentamos algumas das funcionalidades de OGRE-CL.

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Figura 7 – Inicialização do OGRE-CL

Após a inicialização do OGRE-CL, o ecrã apresentado ao utilizador é composto de duas partes (Figura 7): (1) A coluna à esquerda onde toda a configuração do cenário pode ser realizada (área de configuração) e, na janela à direita, também chamada de Janela de Apresentação OGRE, onde o cenário virtual é apresentado.

Figura 8 – Configuração do Plano

Quando o utilizador cria um novo projeto (cenário virtual) com o OGRE-CL, uma janela de apresentação vazia é apresentada. Inicialmente, ao criar um novo cenário, é necessário configurar as principais características desse cenário (Configuração do Cenário). Figura 8 ilustra a configuração do Plano. Após configurar os valores do Plano e confirmar a entrada, a Janela de Apresentação irá “renderizar” o novo plano criado. A qualquer momento, os parâmetros de configuração podem ser atualizados de forma a personalizar o cenário.

Figura 8 – Configuração da cor da luz ambiente

Ao configurar a cor da luz ambiente, uma “palete” de cores é disponibilizada ao utilizador (o mesmo se aplica a qualquer configuração de cor no OGRE-CL), de forma

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que ele possa escolher a cor desejada, e então os respetivos valores de vermelho, verde e azul (RGB) são considerados (Figura 8).

Figura 9 – Escolhendo objetos 3D da biblioteca

Após configurar as principais características do cenário, podemos começar a compor o cenário adicionando os objetos 3D existentes na biblioteca de objetos. Para isso, podemos listar todos os objetos disponíveis e visualizá-los, como ilustrado na Figura 9. Se desejarmos, podemos também adicionar novos objetos à biblioteca.

Figura 10 – Movendo a posição do objeto no cenário

Após a criação do cenário, o utilizador poderá também manipular os objetos no cenário diretamente na janela de apresentação. Por exemplo, podemos mover o objeto de uma posição para outra. A Figura 10 ilustra a ação “Mover”. Quando um objeto é selecionado, o utilizador pode escolher movê-lo clicando nos seus respetivos eixos X (flecha vermelha), Y (flecha verde) ou Z (flecha azul).

Figura 11 – Alterando a dimensão de um objeto no cenário

Para alterar a dimensão de um objeto diretamente na janela de apresentação, o utilizador deve selecionar o respetivo objeto e então clicar e arrastar o eixo (X, Y ou Z) que deseja alterar. Da mesma forma, o utilizador também pode alterar as dimensões de um objeto na janela de configuração, selecionando o objeto desejado da lista de objetos, 84

escolhendo a opção “Dimensionar” e atualizando os valores respetivos de X, Y e Z. A Figura 11 ilustra o redimensionamento de um objeto.

Figura 12 – Aplicação da técnica de nevoeiro

A Figura 12 apresenta o cenário criado após a aplicação da técnica de nevoeiro.

Neste caso em particular, a técnica FOG_LINEAR foi utilizada. Nesta técnica, é estabelecida a distância da posição do utilizador no ambiente virtual até o início do nevoeiro, seguindo após o seu início uma progressão contínua da densidade do nevoeiro. Os valores para a cor do nevoeiro também foram obtidos utilizando uma “palete” de cores disponível na aplicação.

Figura 13 – Clonando um objeto

Finalmente, OGRE-CL também permite a clonagem de um ou mais objetos no cenário simultaneamente. A Figura 13 apresenta outro cenário onde uma clonagem (cópia) de um objeto 3D é realizada.

Como podemos notar, OGRE-CL é uma interface gráfica simples para a criação de aplicações OGRE. Com essa ferramenta os desenvolvedores OGRE podem conceber rapidamente os principais cenários virtuais de suas aplicações, sendo capazes de gerar posteriormente os respetivos códigos C# relacionados com os cenários virtuais criados.

6. Geração do Código OGRE Automaticamente O desenvolvimento de aplicações OGRE é em geral uma atividade de programação uma vez que todo o código da aplicação deve ser escrito em C++ ou C# (C Sharp). Por essa razão, o processo de desenvolvimento dessas aplicações é complexo para o desenvolvedor OGRE já que ele deve codificar primeiramente todos os cenários virtuais a serem utilizados na aplicação. Após isso, o desenvolvedor deverá concentrarse em todos os aspetos ditos dinâmicos da aplicação, tais como as suas estratégias (regras), gestão de eventos, inteligência artificial, etc.

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De forma a facilitar o desenvolvimento de cenários virtuais OGRE, uma solução genérica foi proposta para promover a compatibilidade de diversas ferramentas de autoria OGRE, e posteriormente facilitar a geração automática do respetivo código OGRE para a implementação da aplicação OGRE. Essa solução consiste na descrição intermediária de todos os elementos do cenário através de uma linguagem neutra, chamada de OGREML (OGRE Markup Language) (Fernandes, 2010).

Por exemplo, cenários virtuais podem ser criados facilmente com o OGRE-CL, e esta ferramenta exporta a descrição do cenário criado para OGREML. Para a geração automática do código OGRE (C#) relacionado ao cenário criado, a descrição OGREML poderá ser importada por outra ferramenta, o OGRE-Coder. A integração da ferramenta de autoria de cenários virtuais OGRE (OGRE-CL) com a ferramenta para a geração automática de código OGRE (OGRE-Coder) possibilita uma prototipagem muito mais rápida de aplicações OGRE (Figura 14).

Figura 14 – Geração automática de código C# com o OGRE-Coder

Como ilustrado na Figura 14, uma vez que o utilizador executa o OGRE-Coder e abre o ficheiro OGREML relacionado ao cenário virtual que ele deseja converter, a aplicação irá automaticamente gerar todo o código C# associado a esse cenário e também irá apresentar o cenário gerado em uma janela de apresentação OGRE, de forma que o utilizador possa verificar o resultado da geração. Por sua vez, a Figura 15 ilustra a execução do OGRE-Coder através da apresentação de um cenário virtual incluindo a integração de conteúdos multimédia.

Figura 15 – Visualização de um cenário virtual com o OGRE-Coder

OGRE-Coder também permite o utilizador navegar no ambiente virtual e interagir com todos os objetos 3D do cenário durante a sua apresentação. Além do mais, o utilizador também é capaz de interagir (clique) com certos objetos (conhecidos como “triggers”) cuja finalidade é de iniciar uma apresentação multimédia, como ilustrado nas Figuras 16(a) e (b).

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(a)

(b)

Figura 16 – Apresentação de conteúdo multimédia no cenário virtual através do OGRE-Coder

Pudemos constatar que o OGRE-Coder oferece um bom desempenho na geração de código C# e na visualização dos respetivos cenários virtuais. Quando aplicado conjuntamente com o OGRE-CL, essas ferramentas representam um ambiente representativo para a fácil autoria de cenários virtuais de alta qualidade gráfica suportando uma variedade de modelos 3D e texturas. O Projeto piloto realizado na integração das ferramentas desenvolvidas nos permitiu criar uma base para a interoperabilidade de ferramentas de autoria OGRE dado que foi também proposta uma linguagem intermediária que permite a completa descrição de cenários virtuais OGRE. A principal vantagem do ambiente de autoria desenvolvido é que ele permite a rápida e fácil prototipagem de cenários virtuais OGRE através da otimização do tempo de desenvolvimento das interfaces gráficas de aplicações OGRE. Dessa forma, os desenvolvedores OGRE podem concentrar-se na implementação dos aspetos dinâmicos da aplicação tais como as suas regras e estratégias.

Outra clara vantagem identificada do ambiente proposto é a motivação para o trabalho em grupo uma vez que enquanto uma equipa de desenvolvedores concentra-se nos aspetos gráficos da aplicação, a outra equipa pode atuar diretamente na dinâmica da aplicação.

7. “O Mistério da Rainha Roxa”: Aplicação da Realidade Aumentada à Literatura Infantil Nesta secção, procuraremos ilustrar uma outra vertente da aplicabilidade da RV, nomeadamente os ambientes do contexto literário enriquecidos pela Realidade Aumentada (RA).

Impõe-se, desde já, uma contextualização que enquadre a experimentação que agora será apresentada. A crise económica dos últimos anos fez com que algumas opções políticas, um pouco por todo o mundo, apontassem para o encerramento de muitos serviços de biblioteca. Neste cenário, a disponibilização de fundo documental, de produtos e de serviços em formato digital poderá ser um caminho para potenciar o acesso à informação e para agilizar o serviço público das bibliotecas. Espera-se que a demanda por livros digitais e multimédia vá continuar a aumentar, sem prejuízo, a médio prazo, do livro impresso como formato dominante.

A tecnologia está, de uma forma irredutível, a provocar alterações significativas não só no paradigma de acesso à informação, mas também no próprio conceito de “livro”. A anteposição do “e” (electronic) ao book, donde resultou o e-book, foi apenas a abertura de uma porta para um inesgotável potencial que está a ser aplicado exponencialmente ao mundo editorial. Crescem diariamente as aplicações, pagas e gratuitas, que exploram a conjugação dos conceitos do “livro” e dos sistemas multimodais que a multimédia proporciona.

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A par das aplicações, os dispositivos de acesso à informação, em geral, e ao livro digital e multimédia, em particular, estão a ser o mote para as múltiplas transformações e inovações que estão a ser impressas ao conceito de e-book. Este processo está a fazer com que o leitor, de uma forma ubíqua, perceba o livro não só na perspetiva de um dispositivo de saída, já que oferece informação, mas também de entrada, uma vez que o utilizador, de uma forma amigável, pode dar instruções ao livro pedindo-lhe aplicações com informação suplementar, jogos pedagógicos, fichas de leitura, entre outros.

Esta inovação está a proporcionar ao leitor, concretamente ao potencial o consumidor de literatura infantojuvenil, uma atitude mais dinâmica e interativa o que consequentemente poderá eventualmente representar maiores índices de motivação e de predisposição para a leitura.

Hoje, o livro afigura-se como uma página da Internet, cheia de hiperligações, conteúdos em diferentes meios (imagem, som, vídeo, cinestésico...) que o leitor explora para construir o conhecimento de uma forma participada.

Neste contexto, interessa centrar, agora, o nosso foco na utilização de aplicações de Realidade Aumentada (RA) relativas a elementos de um determinado livro. De uma forma objetiva, estamos a apelar à utilização de aspetos lúdico-pedagógicos subjacentes a uma determinada narrativa. Neste caso em particular, apontaremos o trabalho desenvolvido para o livro “O Mistério da Rainha Roxa” (Morgado & Morgado, 2011).

Este, dedicado às idades mais tenras, oferece um conjunto de recursos multimédia que exploram e potenciam o conteúdo do livro em formato papel. Destas fazem parte a aplicação de RA que aqui apresentamos, ilustrada nas Figuras 17 e 18.

Figura 17 – Apresentação da personagem “Regina” em RA sobre o seu marcador

A tecnologia de RA mistura a realidade com objetos virtuais gerados por computador, apresentando ao utilizador um novo ambiente mais rico. Neste novo cenário, o utilizador, utilizando as suas próprias mãos, poderá manipular objetos reais e virtuais neste ambiente misturado, sem a necessidade de equipamentos especiais.

Assim, a RA, associada ao suporte de comunicação existente (Internet), participa de uma convergência de recursos multimédia que permite às pessoas, através de um acesso remoto, usufruírem de algumas das vantagens do trabalho presencial. Pelas experiências feitas com crianças dos 3 aos 11 anos de idade, a aplicação da RA a ambientes educativos contribui significativamente para perceção, interação e motivação do utilizador (Pessanha, 2010).

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Figura 18 – Apresentação da personagem “Pai” em RA sobre o seu marcador

Neste sentido, podemos evidenciar as seguintes mais-valias das aplicações de RA à literatura infantil: (i) uma interação e a participação ativa de um ou vários utilizadores; (ii) um envolvimento mais significativo em torno do livro e uma predisposição para a concentração relativamente às atividades; (iii) atividades com uma tecnologia complexa no ambiente simples e amigável; (iv) esta aplicação poderá ser apresentada no computador pessoal, com ou sem acesso à Internet, ou em grupo com o apoio de um quadro interativo; (v) traz mais magia à literatura infantil (as personagens e os ambientes ganham vida, proporcionando interação); (vi) atinge-se uma outra dimensão do livro e, consequentemente, outras práticas em à volta deste.

A nossa perceção aponta para a crescente disponibilização de livros com a possibilidade de tirarem partido desta tecnologia.

Conclusões Este artigo apresentou o resultado do estudo dos principais fatores que apontam a importância da multimédia na educação e na cultura. São identificadas algumas das teorias que fundamentaram o desenvolvimento do paradigma da multimédia educacional. Baseado nessas teorias foi proposta a categorização dos critérios de impacto da multimédia e estruturados, seguindo uma abordagem multicamadas. A complexidade e diversidade de aspetos discutidos são apresentados orientados às necessidades relacionadas ao desenvolvimento de aplicações multimédia educativas.

De forma a ilustrar os aspetos estudados, apresentamos algumas das principais contribuições desenvolvidas na Universidade da Madeira. Os trabalhos desenvolvidos representam uma mais-valia pois permitiram aos alunos do Mestrado em Engenharia Informática a aquisição de competências técnicas no desenvolvimento de aplicações multimédia e 3D, permitindo o desenvolvimento de aplicações simples e flexíveis, que podem ser utilizadas amplamente na aprendizagem. A partir desse desenvolvimento foram criadas sinergias com professores do ensino básico, secundário e especial, possibilitando a aplicação das tecnologias desenvolvidas e a multidisciplinaridade na sua aplicação.

Agradecimentos Agradecemos aos alunos da Licenciatura e Mestrado em Engenharia Informática da Universidade da Madeira pelas suas relevantes contribuições nos trabalhos

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apresentados neste artigo, nomeadamente: Gonçalo Cardoso, Roberto Freitas, Duarte Ornelas, Duarte Fernandes, Roberto Mendonça, Carlos Mendonça e Sofia Pessanha.

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