1

Proposta do Projeto de Pesquisa para o PRONEX

EDITAL 020/2006

Título do projeto:

Ambientes de Imersão Virtual de Tecnologia Simplificada – AIVITS

Apresentação.

A apropriação das novas tecnologias de informação e comunicação pelos diversos campos de saber e de aplicação prática tem sido um constante desafio para pesquisadores e usuários finais. Embora a concepção de um aparato tecnológico possa estar inscrita num determinado círculo disciplinar, sua disseminação e apropriação extravasam esses limites e acabam gerando verdadeiras revoluções teóricas e metodológicas em vários outros campos. Esse foi, certamente, o caso do computador, que se inseriu em aplicações jamais vislumbradas por aqueles que o conceberam. A internet - decorrente do computador - foi inimaginável até pelos ficcionistas da ciência e da tecnologia.

A imersão virtual, que é a experiência de entrar na simulação ou sugestão de um ambiente tridimensional, tem sido objeto de estudo sistemático desde a difusão do computador, na década de 70. O Cave Automatic Virtual Environment - CAVE - foi um projeto desenvolvido pelo artista Daniel Sandin e pelo engenheiro Thomas DeFanti, no Laboratório de Visualização Eletrônica da Universidade de Illinois, Chicago, no período de 1970 a 1991. Desde então a idéia de utilizar modelos tridimensionais estereoscópicos para simular a relação presencial entre objetos e pessoas ou entre pessoas que se encontram distantes umas das outras, tem tomado corpo em diversos campos de aplicação, que vão da avaliação perceptiva de edificações, ambientes urbanos, automóveis e aviões, ao trabalho colaborativo entre grupos de pesquisa, equipes interinstitucionais ou parcerias empresariais de produção.

A criação de “Ambientes de Imersão Virtual de Tecnologia Simplificada – AIVITS” tem o propósito de desenvolver e difundir essa tecnologia em Minas Gerais, uma vez que em outros estados do pais (São Paulo, Rio de Janeiro e Rio Grande do Sul) as “caves” já prestam o seu serviço ao desenvolvimento científico e tecnológico das regiões onde se inserem.

Como as possíveis apropriações de uma nova tecnologia exigem uma abordagem multidisciplinar, onde diversos olhares específicos possam convergir para um mesmo foco, a proposta ora apresentada ao PRONEX procura essa convergência, ao juntar diferentes recortes e competências no campo da visualização: as técnicas de elaboração de modelos tridimensionais e multimídia que vêm sendo desenvolvidas na EAUFMG desde 1993 pelo LAGEAR e pelo

2

EVA1; a capacidade técnica e científica em hardware e software do Departamento de Ciência da Computação, mais especificamente do Laboratório Visual de Alto Desempenho do Centro de Convergência de Novas Mídias – DCV2 e as técnicas de modelamento 3D que vem sendo desenvolvidas pelo CETEC, através do Grupo de Visualização Científica. A Profa. Flávia Ballerini da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade Federal de Uberlândia também associa-se ao grupo, como pesquisadora, para aperfeiçoar-se na tecnologia que será desenvolvida e repassá-la à UFU.

Os ambientes de imersão virtual com tecnologia simplificada - AIVITS – que serão desenvolvidos no projeto, funcionarão simultaneamente em dois locais distintos, possibilitando a imersão virtual, em tempo real, para trabalhos colaborativos remotos no âmbito da arquitetura, urbanismo, design, de visualizações científicas em geral, de visualizações de dados quantitativos complexos, etc. Para isso será necessário desenvolver ambientes físicos (hardware e estrutura espacial) e interfaces digitais para trabalho colaborativo de grupos à distância ou de grupos presenciais.

1 - Objetivo:

O objetivo principal do Projeto AIVITS é reunir a capacidade técnica e científica da UFMG (Escola de Arquitetura/Depto de Projetos e ICEX/Depto de Ciência da Computação) e do CETEC (Grupo de Visualização Científica/Setor de Análises Químicas) para desenvolver ambientes híbridos (físico-digitais) virtualmente geminados, visando a construção e visualização estereoscópica de modelos tridimensionais em tempo real.

2 - Justificativa:

As técnicas de visualização acompanham o desenvolvimento científico desde o surgimento da ciência moderna, com os instrumentos de aumento e os desenhos de ilustração, embora esses últimos fossem desenvolvidos apenas no campo das artes plásticas e gráficas. Com a advento da fotografia, as visualizações passaram a ser mais exploradas e aplicadas em diversos campos científicos, mas foram o computador e as novas tecnologias digitais que integraram definitivamente o mundo das imagens e o desenvolvimento científico.

No âmbito da Arquitetura e Urbanismo, as novas tecnologias digitais têm um enorme potencial revolucionário podendo, inclusive, determinar novas relações de trabalho entre os arquitetos e os demais projetista (e cientistas) que

1 Laboratório Gráfico para o Ensino de Arquitetura, LAGEAR, criado em 1993 e coordenado pelo

Prof. José dos Santos Cabral Filho; Estúdio Virtual de Arquitetura – EVA, criado em 1996 e coordenado pela Profa. Maria Lucia Malard. 2 O Centro possui um conjunto de equipamentos no valor aproximado de R$ 1.000.000,00 doados à UFMG pela IBM. As máquinas são equipadas com placas de vídeo de alta resolução, entre 8 e 13 megapixels, que permitem a visualização de estrutura microscópicas complexas, ou mesmo a execução de plantas de avião e de usinas); o Prof. Wagner Meira Junior é o chefe do DCC e um dos coordenadores do Centro.

3

contribuem na produção do espaço habitado, principalmente na concepção e avaliação de edifícios e cidades. A imediata apropriação de novas tecnologias na Arquitetura e Urbanismo muitas vezes não ocorre devido a outras demandas intrínsecas à própria disciplina; pelo contrário, o que acontece geralmente é um processo de apropriação simplória das tecnologias disponíveis, no intuito de acompanhar o progresso tecnológico, mas sem explorar o seu potencial inovador.

O emprego massivo de computadores nas empresas e nas escolas de Arquitetura não traz, por si só, uma prática arquitetônica inovadora, que resulte na elaboração de projetos cada vez melhores e em maior sintonia com os usuários. Isso porque os arquitetos ainda não utilizam plenamente as potencialidades da informática e das interfaces digitais, para auxiliar no processo de criação e produção arquitetônica. É inegável que os projetos atualmente produzidos com o auxílio do computador (Computer Aided Architectural Design – CAAD) apresentam ganhos de produtividade, precisão e qualidade gráfica dos desenhos, principalmente no caso dos modelos eletrônicos de apresentação. Entretanto, não incorporam, no seu processo de concepção, métodos e abordagens contemporâneos, decorrentes dos avanços da informática, principalmente os relacionados às interfaces digitais que possibilitam a interatividade de arquitetos, engenheiros, empreendedores e usuários, numa dinâmica de criação coletiva.

Enquanto os softwares de representação gráfica e visualização já estão completamente inseridos no cotidiano de alunos, professores e profissionais da Arquitetura, as interfaces digitais de auxílio ao processo de criação e de tomada de decisões são quase desconhecidas, tanto nas escolas como nos escritórios profissionais. Isso porque tais interfaces só são úteis nas situações em que se abandona o paradigma de “obra de autor” em prol da criação coletiva, isto é, da "obra de diversos autores" em sistema colaborativo.

Nos campos de aplicação onde a tradição do sistema de produção artística (a autoria) não é muito forte, o trabalho colaborativo já é disseminado, embora a colaboração à distância fique prejudicada quando não se apoia em simulações presenciais e em visualizações, em tempo real, seja de dados, gráficos, objetos ou pessoas (body language).

A estereoscopia, associada ao modelamento tridimensional, possibilita a imersão virtual. Esse tipo de simulação é essencial para fazer avançar o conhecimento em qualquer campo que necessite estudar situações presenciais: na Arquitetura e Urbanismo, para antecipar problemas operacionais, perceptivos e técnicos na produção de objetos; na psicologia, para estudar comportamentos; na medicina, para fazer cirurgias à distância; na indústria, para a prototipia virtual; nas ciências naturais, para visualizações esteroscópicas de moléculas.

Ressalte-se, ainda, que as metodologias, técnicas e tecnologias a serem desenvolvidas no contexto deste projeto se aplicam a quaisquer contextos onde a visualização em três dimensões se mostre interessante ou necessária, conforme alguns exemplos a seguir. A visualização de estruturas físicas

4

complexas tais como nano estruturas e proteínas são casos típicos. A visualização do funcionamento e comportamento de nano tubos de carbono se mostra fundamental para o desenvolvimento desses novos compostos. Mais ainda, a visualização da dinâmica associada a proteínas e como elas interagem é fundamental para áreas como melhoramento genético e desenvolvimento de novas medicações.

O segundo contexto é no sentido de macro-modelos, como modelos geofísicos para prospecção de petróleo ou mesmo modelos de permeabilidade dos solos para qualificação e quantificação da contaminação de solos. Finalmente, o acúmulo crescente de dados em todas as áreas, tais como saúde, gerou um gigantesco volume de dados e informações a serem visualizados, os quais podem ser analisados em contextos tri-dimensionais estereoscópicos.

Em todos os casos, este projeto contribui com essas várias áreas e nichos de aplicação de forma transparente.

Em resumo, as visualizações estereoscópicas e a imersão virtual abrem inúmeras possibilidades de aplicação, que justificam a existência de um esforço interdisciplinar para desenvolver uma tecnologia simplificada que seja acessível a quem dela precise.

3 - Metodologia:

1. Atualização do levantamento bibliográfico e de desenvolvimentos tecnológicos em estereoscopia, renderização em tempo real e ambientes de imersão virtual. Essa etapa se faz necessária para a afinação da equipe do DCV com a equipe do EVA, além de levantar experiências existentes e desenvolvimentos previstos. Estão planejadas duas visitas técnicas a CAVEs no Brasil (Poli-USP e Universidade de Caxias do Sul), que são ambientes de imersão bastante sofisticados e dispendiosos usando estereoscopia ativa, e uma visita técnica ao Immersive Environment Lab da Penn State University, que é uma versão simplificada das CAVEs usando estereoscopia passiva.

2. Atualização das especificações dos equipamentos e detalhamento do projeto do AIVITS. Essa etapa será realizada pelas equipes do DCV e do EVA considerando que embora algumas limitações da proposta da Penn State já sejam conhecidas (como por exemplo o uso de equipamentos ainda muito caros para separar os pares estéreo afim de usar estereoscopia passiva com filtros polarizadores), é necessário atualizar a especificação do AIVITS após a etapa 1 da metodologia, devido à velocidade dos avanços tecnológicos na área de novas mídias.

3. Elaboração do relatório parcial 1 com o projeto detalhado da AIVITS, descrevendo as visitas técnicas realizadas e as especificações técnicas necessárias para a construção dos ambientes de imersão virtual com a tecnologia existente no momento, e detalhando o projeto para a construção do AIVITS.

4. Aquisição e instalação dos equipamentos necessários para o funcionamento do AIVITS. Nessa etapa serão desenvolvidos e construídos os suportes para

5

telas, projetores, câmeras e computadores, a serem instalados no EVA (que sediará o ambiente de imersão panorâmica com três telas). Todos os demais equipamentos serão montados em seus respectivos laboratórios.

5. Teste dos equipamentos do AIVITS iniciando o desenvolvimento comparativo de performance de três sistemas distintos (um em cada laboratório). Nessa etapa pretende-se montar os três sistemas para testá-los e calibrá-los visando o melhor desempenho possível do menos desenvolvido tecnologicamente. O sistema 1 utilizará a capacidade instalada do DCV complementando-a com 6 pares de óculos estereoscópicos ativos e um projetor estéreo 3D com alta taxa de refrescamento, e servirá de referência para os outros dois, já que tem um potencial de renderização bastante superior a qualquer equipamento solicitado. Esse sistema 1 contará ainda com uma estação de trabalho permanente. O sistema 2, a ser montado no EVA, visa a imersão ambiental usando tanto equipamento de som surround já existente no laboratório, quanto a tela panorâmica. Esse sistema 2 experimentará tanto a estereoscopia ativa (com 6 pares de óculos estereoscópicos ativos e 3 projetores estéreo 3D com alta taxa de refrescamento) quanto a passiva (3 pares de projeções usando os projetores existentes no laboratório mais os 3 solicitados combinados a filtros polarizadores lineares e óculos polarizadores já existentes). O sistema 3 será montado no CETEC com um computador, um projetor estéreo 3D com alta taxa de refrescamento e 3 pares de óculos estereoscópicos ativos.

6. Desenvolvimento de técnicas para elaboração de modelos estereoscópicos. Para isso são necessárias duas etapas de investigação. Uma para investigação e teste de software livre para uso no AIVITS visando o desenvolvimento de técnicas para elaboração de modelos estereoscópicos (a ser desenvolvida no DCV sob a coordenação do Dr Wagner Meira). E outra para investigação e teste das técnicas de visualização estereoscópica (passiva e ativa) nos três sistemas propostos (DCV, EVA e CETEC). Com os softwares escolhidos alguns modelos deverão ser produzidos para testar a compatibilidade dos softwares com os sistemas estereoscópicos.

7. Desenvolvimento de modelos tridimensionais estereoscópicos tanto arquitetônicos e urbanísticos (EVA) quanto para visualização científica (CETEC), e seus respectivos testes nos sistemas propostos.

8. Desenvolvimento da interface híbrida (fisico-digital) para colaboração entre dois ou mais laboratórios. Essa etapa contará com duas frentes simultâneas de desenvolvimento: uma relativa a estrutura física e de hardware, e uma outra relativa a interface digital. Na primeira serão feitos os ajustes necessários para a comunicação dos três laboratórios (DCV, EVA e CETEC) em sistema geminado usando as câmeras digitais conectadas à Internet como sensores de presença ativando os laboratórios online. Com relação a interfaces digitais, serão desenvolvidas visando estimular a colaboração em ambientes de imersão sob a coordenação da Dra. Raquel Prates.

9. Teste dos ambientes híbridos geminados em projetos colaborativos. Nessa etapa serão testados tanto as interfaces digitais colaborativas, para posteriores

6

ajustes, quanto o próprio AIVITS, usando tanto os modelos desenvolvidos anteriormente para visualização e discussão conjunta, como também desenvolvendo modelos conjuntamente em tempo real.

10. Elaboração do relatório parcial 2 sistematizando o processo de montagem e configuração do AIVITS e do desenvolvimento das interfaces digitais para projeto colaborativo. Esse relatório subsidiará a primeira versão de um manual técnico com diretrizes de uso do AIVITS para aplicações diversas em outras áreas do conhecimento.

11. Estudo de caso do AIVITS na visualização científica e no ensino à distância (CETEC). Desenvolvimento do conteúdo de ensino a distância, através da inclusão de modelos tridimensionais e visualizações estereoscópicas. Aplicação das técnicas em núcleos de aperfeiçoamento de professores do ensino médio. Estudo da inserção da tecnologia em escolas da rede pública, através da análise do custo da tecnologia mais simplificada. Elaboração do Relatório parcial 3, descrevendo os processos desenvolvidos para aplicações do AIVITS na visualização científica.

12. Estudos de caso do AIVITS aplicado à arquitetura e ao urbanismo. Esses estudos de caso serão desenvolvidos no DCV, EVA e UFU, usando a interface fisico-digital para projetos colaborativos. Os estudos de caso visam analisar três tipos de colaboração distintos: 1) grupos de estudantes trabalhando colaborativamente entre si, tanto no DCV, quanto no EVA, quanto na UFU e seus processos de trabalho; 2) grupos de estudantes trabalhando colaborativamente à distância usando estereoscopia, entre DCV e EVA para análise do processo de trabalho; e 3) grupos de estudantes trabalhando colaborativamente à distância usando distintos métodos de visualização (estereoscopia ativa no DCV, estereoscopia passiva no EVA e mono na UFU).

12.1. Desenvolvimento de projetos arquitetônicos colaborativos por grupos de estudantes da UFMG visando testar a efetividade da imersão estereoscópica, se de fato tal tecnologia nivela os diversos estudantes, e se há uma melhora no processo de comunicação.

12.2. Desenvolvimento de projetos arquitetônicos colaborativos à distância, visando testar a espacialização das interfaces para colaboração e sua efetividade.

12.3. Uso do AIVITS para visualização e simulação de fenômenos urbanos para testar sua efetividade em simulações complexas. Para isso serão desenvolvidos modelos tridimensionais estereoscópicos de um centro urbano que será usado para teste no AIVITS usando a interface colaborativa para discussões entre as equipes do EVA e da UFU.

12.4. Relatório parcial 3.2 descrevendo os processos desenvolvidos para aplicações do AIVITS na arquitetura e urbanismo.

13. Produção do relatório final sistematizando todo o processo desenvolvido no projeto e apontando futuras aplicações do AIVITS. Esse relatório subsidiará a revisão das diretrizes propostas no manual técnico e de uso do AIVITS que será

7

produzido como forma de divulgação da tecnologia desenvolvida para outras áreas do conhecimento.

4 – Descrição das metas e seus indicadores de avaliação; cronograma de atividades. 4.1. Descrição da metas e de seus indicadores. Meta Descrição 1 Detalhamento do projeto da AIVITS Indicador - Projeto completo da AIVITS 1.1 Atualização do levantamento bibliográfico e de desenvolvimentos

tecnológicos em estereoscopia, renderização em tempo real e ambientes de imersão virtual

1.2 Visitas técnicas às CAVEs brasileiras, da Poli-USP (Marcelo Zuffo) e da Universidade de Caxias do Sul (Diana Domingues)

1.3 Visita técnica ao Immersive Environment Lab da Penn State University

1.4 Atualização das especificações dos equipamentos, realizada pelas equipes do DCV e da EA/UFMG

1.5 Detalhamento do projeto da AIVITS

2 Aquisição, instalação e teste da AIVITS Indicador - Equipamentos instalados e testados

2.1 Compra e recebimento dos equipamentos

2.2

Produção da estrutura física. Execução de suportes para projetores, computadores, telas e câmeras

2.3 Instalação, configuração e calibragem dos equipamentos 3 Desenvolvimento de técnicas para elaboração de modelos estereoscópicos

Indicador - Modelos estereoscópicos de visualização científica (CETEC) e arquitetônica e urbanística (EA/UFMG) desenvolvidos e testados

3.1 teste dos diversos softwares livres e sua aplicabilidades

3.2

investigação da compatibilidade de softwares modeladores e de CAAD/CAM com o sistema estereoscópico proposto

3.3

produção de modelos tridimensionais estereoscópicos para comparação e teste dos softwares pesquisados

8

3.4

investigação e teste das técnicas de visualização estereoscópica (ativa e passiva), no DCV e no EVA

4 Construção dos ambientes híbridos geminados colaborativos

Indicador - AIVITS funcionando nas três instituições para trabalho colaborativo

4.1 Desenvolvimento das interfaces digitais colaborativas

4.2

Desenvolvimento e visualização de um modelo tridimensional de maneira colaborativa para teste das interfaces digitais

4.3

Ajuste das interfaces digitais colaborativas, a partir dos testes no ambiente híbrido

5 Diretrizes de uso do AIVITS em aplicações distintas

Indicador - Manual técnico e de uso do AIVITS

5.1

Elaboração do manual técnico e de uso do AIVITS para divulgação da tecnologia desenvolvida

5.2

Revisão do manual técnico, a partir das conclusões dos estudos de caso de visualização arquitetônica, urbanística e científica

6

Estudo de caso do AIVITS na visualização científica e no ensino à distância (CETEC)

Indicador - Material didático digital com visualizações estereoscópicas para professores do ensino médio

6.1

Desenvolvimento de visualizações científicas estereoscópicas para professores do ensino médio

6.2

Produção e aplicação do material didático em núcleos de aperfeiçoamento de professores do ensino médio

7

Estudo de caso do AIVITS aplicado à arquitetura e ao urbanismo (EA/UFMG, DCC e FAUrb/UFU)

Indicador - Modelos e projetos desenvolvidos

7.1

Desenvolvimento de projetos colaborativos presenciais no ambiente de imersão

7.2

Desenvolvimento de projetos colaborativos a distância nos laboratórios geminados (EA/UFMG e FAUrb/UFU)

7.3

Desenvolvimento de modelos de visualização e simulação de fenômenos urbanos

9

7.4

Avaliação crítica dos procedimentos adotados e apontamentos para as diretrizes da meta 5

8 Relatórios

8.1

Relatório parcial 1 - Projeto detalhado da AIVITS: descrição das visitas técnicas realizadas, das especificações técnicas e do projeto detalhado da AIVITS

8.2

Relatório parcial 2 - ambientes híbridos e interfaces colaborativas : sistematização do processo de montagem e configuração da AIVITS e do desenvolvimento das interfaces digitais para projeto colaborativo

8.3

Relatório parcial 3 - aplicações: descrição dos processos desenvolvidos para aplicações nas áreas de arquitetura e urbanismo e de visualização científica

8.4

Relatório final: sistematização de todo o processo desenvolvido no projeto e apontamentos para futuras aplicações distintas

4.2. Cronograma de atividades.

10

11

12

13

5 - Instalações e equipamentos necessários ao desenvolvimento do AIVTS.

O Projeto AIVTS será desenvolvido nas instalações do Estúdio Virtual de Arquitetura - EVA, da Escola de Arquitetura, do Laboratório Visual de Alto Desempenho do Centro de Convergência de Novas Mídias da UFMG - DCV, vinculado ao Departamento de Ciência da Computação e nas instalações do Grupo de Visualização Científica – GVC, do STQ/CETEC.

Relacionam-se, abaixo, os equipamentos existentes no EVA, no DCV e no GVC que darão suporte às atividades do projeto:

5.1. Equipamentos existentes:

5.1.1. Estúdio Virtual de Arquitetura – EVA: 1 estação de trabalho dual Xeon com 2GB de memória RAM, placa de vídeo

Nvidia Quadro e tela de 19" LCD, para renderizações e trabalhos gráficos; 1 estação de trabalho Pentium D 3.2Ghz dual core e tela de 19", para

renderizações, trabalhos gráficos, CAD e de geoprocessamento; 2 computadores iMac G5, com 1GB de RAM e tela de 20" LCD, para trabalhos

gráficos e CAD; 2 computadores iMac intel core 2 duo, com 2GB de RAM e tela de 20" LCD, para

trabalhos gráficos e CAD; 1 computador PowerMac dual G5 com 2GB de RAM e tela de 20" LCD, para

trabalhos gráficos e multimídia; 1 computador MacPro Intel Xeon quad-core com 8GB de RAM e tela de 23"

LCD, video NVIDIA Quadro FX4500 3d stereo para trabalhos gráficos e multimídia;

2 computadores iMac G4, para trabalhos gráficos e de escritório; 1 computador eMac G3 para trabalhos gráficos e de escritório; 2 computadores PC Pentium 4 para trabalhos diversos; 1 notebook Sony Vaio Centrino 1.8Ghz 17" e um notebook PowerMac 15"; 1 disco rígido externo de 250GB; 1 impressora Epson Stylus 1520 formato A2; 1 tablet Wacon Cintiq 21" para trabalhos gráficos; 2 impressoras laser HP; 2 filmadoras Sony mini-DV; 1 máquina digital Sony DSC-7070 5Mp. 2 PowerMac dual, com processadores intel. 3 projetores multimídia. 1 sistema de som surround. 5.1.2. Centro de Convergência de Novas Mídias da UFMG – DCV: 9 IBM Intellistations, com, em cada uma delas: 9 Monitores LCD IBM Thinkvision

19"

14

2 Pentium 4 Xeon 3.2 GHz 64 bits, 1 HD 80 GB SCSI, 1 PNY NVIDIA Quadro FX 4500 c/ 512 MB, 1 Interface Infiniband

1 BladeCenter com um Gerenciador: 2 Pentium 4 Xeon 3.2 GHz 64 bits, HD 80 GB SCSI 14 BladeServers com: 2 POWER PC 2.2 GHz 64 bits, HD 60 GB SCSI, Interface Infiniband, Ethernet

Switch 1 Gbit, Infiniband Switch.

5.1.3. Grupo de Visualização Científica – GVC, do STQ/CETEC

4 computadores Pentium IV com monitores de 17”(três) e 19”(um); 1 Scanner completo com acessórios HPScan 5590 ; 1 Impressora HP completa, com acessórios, Laserjet IV Plus 1 impressora HP720C completa com acessórios; 1 Datashow Sony completo com acessórios; 1 Notebook Toshiba; 5.2. Equipamentos solicitados ao PRONEX.

Para a construção dos ambientes de imersão (níveis 1, 2 e 3), conforme explicitado na Metodologia, são solicitados os equipamentos especificados no formulário 2.0 no anexo 7 e justificados abaixo:

As estações de trabalho Macpro são destinadas aos EVA/EA/UFMG, ao DCV e ao CETEC. Apresentam uma configuração robusta, com processadores Intel Xeon de núcleo duplo, 8GB de memória RAM, placa de vídeo NVIDIA Quadro FX 4500 stereo e monitor LCD 23” widescreen. Tal configuração se faz necessária para garantir o potencial de desenvolvimento de aplicações gráficas de complexidade significativa, como modelos urbanísticos ou de proteínas. A placa de vídeo, item de custo significativo na configuração proposta, tem grande capacidade de processamento e saída específica para estereoscopia. A escolha dos computadores Macintosh é em função da possibilidade de rodarem tanto a plataforma Windows quanto a plataforma OSX, conferindo maior versatilidade ao equipamento.

O adaptador Matrox Triple-head tem como objetivo a criação de um desktop único usando três saídas de vídeo projetando imagens nas três telas do ambiente de imersão, permitindo que ele seja usado a partir de um único controlador. É um equipamento relativamente barato que aumenta significativamente o potencial de utilização do ambiente de imersão.

As estações de trabalho HP têm como objetivo compor o cluster de renderização para alimentar o ambiente de imersão. São configuradas também com dois processadores Intel Xeon, mas com 4GB de memória RAM, placa de vídeo NVIDIA Quadro FX1500 stereo. Uma se destina a rodar as aplicações de controle em ambiente Linux, enquanto que as outras três compõe o núcleo de

15

renderização, uma para cada tela do ambiente de imersão. Para essas estações não estão previstos monitores.

Os projetores Infocus DepthQ são recentes e permitem o uso de estereoscopia ativa na projeção. Eles apresentam uma alta taxa de atualização vertical, de 120Hz, o dobro dos projetores comuns. Trabalham em conjunto com os shutter glasses (óculos estereoscópicos), ou óculos ativos que “flicam” conforme a freqüência da projeção de forma sincronizada. No projeto apresentado eles substituem os separadores de pares estéreo e as telas polarizadas, utilizadas no processo de estereoscopia passiva, como o da Penn State University apresentado no esquema abaixo.

São solicitados três conjuntos de óculos estereoscópicos ativos e respectivas bases de transmissão, para serem usados nos três centros de pesquisa, permitindo a visualização estéreo 3D.

Três são as vantagens da utilização do sistema proposto em relação ao utilizado na Penn State: o custo é significativamente menor, uma vez que tanto os separadores quanto as telas tem custo bastante elevado; o desempenho nos testes já realizados é melhor, gerando maior sensação de imersão e de tridimensionalidade. Uma terceira vantagem seria a maior portabilidade do sistema, permitindo que todo o conjunto seja deslocado e utilizado em outros ambientes, como em sala de aula, por exemplo. Será testado também um ambiente que utilizará a estereoscopia passiva, mas esse ambiente contará com os projetores existentes no laboratório do EVA e tentará alternativas que possam dispensar o uso dos separadores de pares estéreo.

O tablet Wacon Cintiq tem como objetivo possibilitar uma forma alternativa de entrada de dados, associada ao desenho, que na hipótese do projeto pode ser mais intuitiva e consequentemente mais propícia ao trabalho colaborativo, em especial na área de arquitetura e urbanismo. Da mesma maneira, o joystick sem fio é necessário para uma entrada de dados mais adequada ao ambiente de imersão.

As webcams têm como objetivo a criação de uma conexão visual entre os laboratórios, para o desenvolvimento de trabalhos à distância e a criação do ambiente virtual de trabalho.

O switch ethernet gigabit é necessário para a interligação das estações de trabalho no cluster de renderização, sem a perda de desempenho que uma rede de 100mbits apresentaria. Já o vídeo switch é necessário para alternar entre fontes de vídeo diferentes que podem abastecer cada uma das telas do ambiente de imersão.

16

Figura 1 – Esquema do Immersive Environment Lab, da Penn State University

Figura 2 – Esquema proposto para o ambiente de imersão com estereoscopia ativa

17

Figura 3 – Esquema alternativo possível para ambiente de imersão com estereoscopia passiva

6. Alcance dos resultados e impactos esperados.

No âmbito da Arquitetura e Urbanismo, a imersão virtual permitirá, como já foi mencionado, a avaliação de espaços urbanos e arquitetônicos antes que eles sejam concretamente executados. Isso trará a possibilidade de minimização de erros de projeto e de participação dos futuros usuários nas decisões projetuais; os ambientes virtuais geminados poderão, também, potencializar o trabalho colaborativo entre os diversos profissionais que participam da elaboração dos projetos arquitetônicos e urbanísticos; nas discussões sobre uso e ocupação do solo, o ambiente de imersão possibilitará a simulação e visualização dos efeitos – positivos e negativos - de diretrizes urbanísticas e de intervenções no espaço da cidade; no setor imobiliário, a imersão virtual poderá substituir, com vantagem, os atuais mecanismo de marketing do tipo “apartamento decorado”, pois as empresas poderão simular diversas opções de arranjos internos e acabamentos, para as escolhas dos clientes.

Como se mencionou no item “Justificativa”, as metodologias, técnicas e tecnologias a serem desenvolvidas no contexto deste projeto se aplicam a quaisquer contextos onde a visualização em três dimensões se mostre interessante ou necessária, como, por exemplo: visualização de estruturas físicas complexas (nano estruturas e proteínas); visualização do funcionamento e comportamento de nano tubos de carbono para o desenvolvimento desses novos

18

compostos; visualização da dinâmica associada a proteínas para áreas como melhoramento genético e desenvolvimento de novas medicações; visualizações de macro-modelos, como modelos geofísicos para prospecção de petróleo e modelos de permeabilidade dos solos para qualificação e quantificação da contaminação de solos; visualizações da dados complexos, os quais podem ser melhor analisados em contextos tri-dimensionais estereoscópicos.

Considerando que em Minas Gerais ainda não existe a disponibilidade da tecnologia que o AIVTS se propõe a desenvolver, o impacto desse projeto no desenvolvimento científico e tecnológico do estado será, de fato, muito expressivo.

Para que os resultados do projeto sejam facilmente disseminados, pretende-se sistematizar uma metodologia de montagem do ambiente de imersão virtual de baixo custo e tecnologia simplificada passível de ser replicada em outros centros de pesquisa ou empresas, e ainda difundir a utilização de software de código aberto, preferencialmente livres, para o desenvolvimento de modelos, captura de imagens e visualização estereoscópica.

7. Plano de Trabalho dos bolsistas. 7.1. BDTI III “A” Este bolsista ficará vinculado ao EVA, sob a orientação da profa. Dra. Maria Lucia Malard, para executar as seguintes atividades, em interação com o DCV e o CETEC: -revisão bibliográfica e levantamento detalhado sobre os ambientes de imersão -visitas técnicas às CAVEs existentes -desenvolvimento do projeto detalhado da AIVITS -acompanhamento das especificações, compra e montagem dos equipamentos no EVA -avaliação e compatibilização dos softwares da área com o ambiente de imersão -desenvolvimento de conteúdo (modelos tridimensionais estereoscópicos) para teste e aplicação da AIVITS -desenvolvimento de planos de trabalho para a elaboração dos projetos colaborativos presenciais e remotos -acompanhamento das equipes do DCV e do CETEC -elaboração de relatórios 7.2. BDTI III “B” Este bolsista ficará vinculado ao DCV, sob a orientação dos profs. Dr. Wagner Meira Junior e Dra. Raquel Oliveira Prates, para executar as seguintes atividades, em interação com o EVA e o CETEC: -revisão bibliográfica e levantamento detalhado sobre computação gráfica, hardware e software -desenvolvimento de soluções técnicas de hardware e software para a

19

montagem do ambiente de imersão -acompanhamento do projeto e da montagem da AIVITS -desenvolvimento de soluções e testes para a compatibilização da estereoscopia nos equipamentos existentes no DCV -desenvolvimento de interfaces digitais colaborativas -acompanhamento dos trabalhos colaborativos, críticas dos processos -desenvolvimento de estratégias para simplificação e redução dos custos das tecnologias utilizadas para imersão e visão estereoscópica -elaboração de relatórios 7.3. BAT II “C” Este bolsista ficará vinculado ao GVC-STQ/CETEC, sob a orientação do prof. Dr. Antônio Valadão Cardoso, para executar as seguintes atividades, em interação com o EVA e o CETEC: -revisão bibliográfica e levantamento detalhado do uso dos ambientes de imersão e de visão estereoscópica para visualização científica -revisão bibliográfica e levantamento detalhado do uso das tecnologias e do desenvolvimento de material didático para o ensino médio -desenvolvimento de conteúdos científicos para o ensino médio -desenvolvimento dos modelos tridimensionais para utilização nos ambientes de imersão com visualização estereoscópica -disponibilização dos conteúdos desenvolvidos através dos canais compatíveis -elaboração de relatórios 8 – Projetos de Pesquisa desenvolvidos pela equipe nos últimos três anos, correlatos à presente proposta: 8.1. Coordenados por Maria Lucia Malard Com a participação de José dos Santos Cabral Filho. 2003 – 2004 Título do projeto: O modernismo arquitetônico de Minas Gerais via web, CDs e DVD. Descrição: Reunir num banco de dados digital, acessível pela internet, as obras dos arquitetos modernistas que foram professores da EAUFMG e que disseminaram a arquitetura moderna no estado. Documentar digitalmente a obra de Oscar Niemayer em Minas Gerais. Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa. Alunos envolvidos: Graduação ( 2) / Mestrado acadêmico ( 1) . Financiador: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - Auxílio financeiro; R$95.000,00 Número de produções C, T & A: 5 / Número de orientações: 3. Endereço do trabalho: www.arq.ufmg.br/modernismomg

20

2004 – 2006 Título do projeto: Habitar Belo Horizonte:ocupando o centro. Descrição: Desenvolver instrumentos de planejamento, gestão urbana e de política habitacional, capazes de viabilizar a ocupação dos centros das cidades de médio e grande porte com assentamentos habitacionais populares, reaproveitando edificações desocupadas em processo de deterioração, requalificando áreas degradadas, e substituindo edificações horizontais sem indicação para a preservação. Para isso serão desenvolvidas interfaces digitais interativas que permitem a participação dos interessados no processo de discussão. Situação: concluído; Natureza: Pesquisa. Financiador(es): Financiadora de Estudos e Projetos – FINEP - Auxílio financeiro: R$99.000,00 Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – 2 Bolsas BDTI aprovadas pela FINEP Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Auxílio Integrado à bolsa de Produtividade – 2 Bolsas BIC por 36 meses. Prefeitura Municipal de Belo Horizonte – Cooperação técnica. Número de produções C, T & A: 2 / Número de orientações: 5. 2003 – 2007 Título do projeto: EVA - Estúdio Virtual de Arquitetura. Descrição: O Objetivo principal do EVA: é desenvolver competência na informatização do processo de criação em arquitetura e urbanismo, visando: (1) renovar métodos de ensino; (2) produzir conhecimento sobre o processo informatizado de projeto; (3) produzir métodos e técnicas de computação gráfica para projetos habitacionais populares. O EVA adota o racionalismo crítico, isto é, a partir de um dado problema levantam-se as hipóteses de solução, fazem-se as tentativas e, pela crítica, eliminam-se os erros. Os procedimentos metodológicos variam conformes as atividades e tarefas. Resultados esperados são: produção de material didático e bancos de dados digitais para ambientes informatizados de ensino de arquitetura; métodos de treinamento de mão de obra com jogos e tutoriais eletrônicos; mecanismos informatizados para a participação de moradores no processo decisório de projetos habitacionais populares; técnicas de fotogrametria convergente de proximidade.. Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Bolsa de produtividade de pesquisa e taxa de bancada, renovados para o período de 2007 a 2010. Número de produções C, T & A: 16 / Número de orientações: 6. Endereço: www.arq.ufmg.br/eva

21

2005 - 2007 Título do projeto: Residencial Serra Verde: modelo de autogestão habitacional, de interesse social. Descrição: O objetivo do RSV é elaborar um modelo, em escala piloto, para viabilizar a construção de moradias de interesse social pelo regime de auto-gestão, incorporando princípios da economia solidária, da participação comunitária, da inclusão digital e da sustentabilidade ambiental e sócio-econômica, através da geração de emprego e renda.. Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. Financiador(es): Financiadora de Estudos e Projetos – FINEP - Auxílio financeiro: R$1.150.000,00 Número de produções C, T & A: 1 / Número de orientações: 3. 8.2. Coordenados por Wagner Meira Junior. Título do Projeto: Estrada Real Digital Descrição: Este projeto tem por objetivo desenvolver um jogo que tem por objetivo, além do entretenimento, transmitir aspectos históricos, culturais, gastronômicos e eco turismo associados ao Circuito da Estrada Real. Um diferencial do jogo em termos de qualidade gráfica e visualização é na utilização de técnicas inovadoras de aplicação de fotografias a modelos tridimensionais com vistas ao maior realismo possível. Financiado pela FINEP no valor de R$250.000,00 Título do Projeto: Projeto Tamanduá Descrição: Este projeto tem por objetivo a construção de uma plataforma escalável e eficiente de mineração de dados para utilização em atividades de governança eletrônica. A plataforma resultante se diferencia de outras existentes pela sua preocupação com interoperabilidade, pela utilização através da WWW, o que inclui novas metáforas visuais para os padrões minerados, e pela utilização de algoritmos escaláveis e eficientes para realizar as tarefas de mineração. Financiado pela FINEP no valor de R$670.000,00 Título do Projeto: Projeto LibertasBR Descrição: Este projeto tem por objetivo desenvolver mecanismos colaborativos para a construção de plataformas computacionais personalizadas. Estas plataformas permitem levar a produção colaborativa, normalmente restrita a desenvolvedores, para usuários, que, ao compartilharem as suas experiências e opções em termos de funcionalidades, aceleram, aprimoram e tornam mais preciso a utilização de software livre e sua efetividade.

22

8.3 Coordenado por Antônio Valadão Cardoso Titulo do Projeto: Descrição: Pedagogia através do ensino de projeto e da arte Esse projeto tem dois eixos básicos: 1) dentro das escolas de Ensino Médio, criar laboratórios multidisciplinares (os Laboratórios-Junção) e implantar o Ensino de Projeto para o ensino médio; 2) na Universidade, criar um Centro Virtual de Tecnologia, Criação e Projeto no Ensino Médio (CV-TCP) que unifique, através da internet, todas atividades de nossa proposta. "Projeto" é aqui entendido como a atividade de criação que utiliza conhecimento objetivo (teorias científicas) para sua realização. O principal objetivo do projeto é promover as Ciências da Engenharia no Ensino Médio articulando tecnologia e arte tecnológica pela: 1-Criação do Centro Virtual de Tecnologia, Criação e Projeto (CV-TCP) 2-Implantação de programas de formação continuada de professores, com cursos em temas de Engenharia e Tecnologia e incentivo à pós-graduação dos professores do EM; 3- Introdução do ensino de projeto no EM; 4- Instalação de Labs Multidisciplinares no Ensino Médio ("LABORATÓRIOS CONVERGÊNCIA"); 5- Promoção de atividades didáticas, eventos científicos, culturais e tecnológicos cujo ponto centralizador será um portal na internet que una professores e estudantes de diferentes escolas e que disponibilize:a-Material didático para professores e alunos; b-jogos eletrônicos educacionais;c-informações gerais de interesse do projeto; 5 - Enfatizar a inserção socio-econômica das engenharias através da promoção da arte tecnológica como manifestação da apropriação criativa de dispositivos e recursos tecnológicos já disseminados. Já está em funcionamento o site "Ciência dos Materiais" <http://www.cienciadosmateriais.org> possibilitando a visualização de teorias científicas. Financiado pela FINEP no valor de R$203.865,00 9. Relação dos pesquisadores principais e colaboradores, sua qualificação, titulação, cargo e instituição de vínculo:

9.1. Pesquisadores principais.

Antônio Valadão Cardoso Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Minas Gerais (1981), mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Minas pela Universidade Federal de Minas Gerais (1988), doutorado em Materials engeering pela University of Sheffield (1992) e pos-doutorado pela Universite de Paris VII (2000) . Atualmente é Pesquisador Pleno do Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais, pesquisador de produtividade da Fapemig e Professor/Orientador da Rede Temática em Engenharia de Materiais CETEC-UFOP-UEMG. Tem experiência na área de Engenharia de Materiais e Metalúrgica , com ênfase em Materiais Não-Metálicos. Atuando principalmente

23

nos seguintes temas: engenharia de materiais, fibras ópticas, vidros não óxidos.

José dos Santos Cabral Filho Possui graduação em Arquitetura e Urbanismo pela Universidade Federal de Minas Gerais (1987) , mestrado em Architectural Studies pela University of Sheffield (1993) , doutorado em Architectural Studies pela University of Sheffield (1996) e pos-doutorado pela Mcgill University (2006) . Atualmente é PROFESSOR ADJUNTO da Universidade Federal de Minas Gerais, Pesquisador Nível 2C do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, Membro de corpo editorial da Memex (UFMG) (1679-9208) e Membro de corpo editorial da Chora: Intervals in the Philosophy of Architecture. Tem experiência na área de Arquitetura e Urbanismo , com ênfase em Projeto de Arquitetura e Urbanismo. Atuando principalmente nos seguintes temas: Computação Gráfica, Jogos Arquitetônicos, Multimídia e Arquitetura, Processo de Projeto, Projeto Interativo e Representação Arquitetônica.

Maria Lucia Malard Possui graduação em Arquitetura e Urbanismo pela UFMG (1966) e doutorado em Arquitetura e Urbanismo - University of Sheffield (1992). Atualmente é presidente do conselho curador da Fundação de Desenvolvimento da Pesquisa da UFMG, professora titular da Escola de Arquitetura da UFMG, pesquisadora nível 1 do CNPq e coordenadora do grupo de pesquisa Estúdio Virtual de Arquitetura – EVA. Tem experiência na área de Arquitetura e Urbanismo, com ênfase em Projeto de Arquitetura e Urbanismo, atuando principalmente nos seguintes temas: avaliação do meio ambiente construído, arquitetura universitária, trabalho final de graduação, projetos habitacionais populares e planejamento físico. Publicou diversos artigos científicos e capítulos de livros em veículos nacionais e internacionais, além de dois livros pela Editora UFMG.

Raquel Oliveira Prates Possui graduação em Ciência da Computação pela Universidade Federal de Minas Gerais (1991) , mestrado em Informática pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (1994) e doutorado em Informática pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (1998) . Atualmente é Membro do comitê gestor da CEIHC da Sociedade Brasileira de Computação e Professora Adjunta da Universidade Federal de Minas Gerais. Tem experiência na área de Ciência da Computação , com ênfase em Metodologia e Técnicas da Computação. Atuando principalmente nos seguintes temas: Interação Humano-Computador, Interfaces multi-usuário, Groupware, Engenharia Semiótica, Interfaces Humano-Computador e Design.

Wagner Meira Jr. Professor do Departamento de Ciência da Computação da UFMG, tendo obtido o seu doutoramento na University of Rochester em Ciência da Computação em 1997. Suas áreas de interesse são processamento paralelo e distribuído e mineração de dados, tendo publicado mais de cem artigos em fóruns internacionais e nacionais, além de dois livros. Pesquisador em produtividade do CNPq e consultor do projeto Internet 2 do Brasil, é um dos coordenadores do

24

Projeto Tamanduá, que tem por objetivo construir uma plataforma de serviços de mineração de dados escalável e eficiente e tem também atuado em projetos baseados em software livre, como o LibertasBR e o projeto Agência Livre, da Caixa Econômica Federal. 9.2. Pesquisadores colaboradores. Ana Paula Baltazar dos Santos Possui graduação em Arquitetura e Urbanismo (1994) e mestrado em Arquitetura (1998) pela Escola de Arquitetura da Universidade Federal de Minas Gerais. Está completando o doutorado na Bartlett School of Architecture, University College London em 2007. Atualmente é pesquisadora na Universidade Federal de Minas Gerais no EVA (Estúdio virtual de Arquitetura) e no LAGEAR (Laboratório Gráfico para Experiência Arquitetônica) e participa dos grupos de pesquisa MOM (Morar de Outras Maneiras) e IBPA (Instituto Brasileiro de Performance Arquitetura). Tem experiência na área de Arquitetura e Urbanismo, com ênfase em Virtualidade na Arquitetura, atuando principalmente nos seguintes temas: produção autônoma do espaço, habitação de interesse social, interfaces digitais, ambientes híbridos, tecnologia da informação, representação, ciberarquitetura e virtualidade.

Flávia Ballerini. Possui graduação em Arquitetura e Urbanismo pela Pontifícia Universidade Católica de Campinas (1992) e mestrado em Arquitetura pela Universidade Federal de Minas Gerais (2002). Atualmente é Professora Assistente da Universidade Federal de Uberlândia. Tem experiência na área de Arquitetura e Urbanismo, com ênfase em Planejamento e Projetos da Edificação, atuando principalmente nos seguintes temas: realidade virtual, representação digital da arquitetura e projetos arquitetônicos.

10. Perfil do pessoal a ser contratado como serviços de terceiros (serviços técnicos e especializados e consultores);

A consultoria técnica solicitada tem como objetivo auxiliar na concepção e montagem do ambiente de imersão no EVA. Deve ter um conhecimento técnico específico na construção e montagem de ambientes de imersão estereoscópicos, para a discussão em profundidade das tecnologias escolhidas e do projeto proposto, a fim de evitar imprevistos de especificação e montagem.

Os serviços técnicos de montagem deverão ser executados por profissional experiente do ramo de montagens, capaz de detalhar e executar todas as demandas do ambiente de imersão, tais como gaiolas para projetores, telas com quadros especiais, racks e suportes para computadores, switches e outros equipamentos necessários.