Realidade aumentada como uma ferramenta para o aprendizado de química

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Realidade Aumentada como uma Ferramenta para o Aprendizado de Química

Elisabete Thomaselli Nogueira1, Cláudio Esperança1,
Djeisson Rober Vieira Gomes1, Gerson Gomes Cunha2

1Laboratório de Computação Gráfica (LCG) – COPPE/Sistemas – 2Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia (LAMCE) – COPPE/Engenharia Civil - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) Caixa Postal 68511 -CEP 21941- 972 - Rio de Janeiro – RJ – Brasil

elisabete.thomaselli@petrobras.com.br, esperanc@lcg.ufrj.br, djro@cos.ufrj.br, gerson@lamce.ufrj.br

Abstract

To ease the understanding of experiments and interactions involving three-dimensional objects is a great challenge for scientists and educators. The construction of a more adequate environment, capable of speeding this learning, hasbecome possible with the evolution of data processing technologies. A variety of resources for graphical computation -- 3D modeling software, adequate programming languages and high-performance graphic boards, among others -- is used in the production of tailored solutions in industrial and scientific research areas. This makes it technically possible to extend this applicability to education andeven management decision. This work presents a technical proposal for applying augmented reality software in learning environments for Chemistry. The system provides an immersive experience witch enables the student to grasp details about the model witch would otherwise be difficult to apprehend.

1. Introdução

É necessária bastante habilidade de abstração para que haja efetivoentendimento de formas tridimensionais, quando estas são expostas a partir de imagens planas, estáticas ou mesmo texto.
Tanto o formato quanto o conteúdo do material didático disponível é restritivo, por vezes, não colaborando com a aprendizagem [11].
A limitação visual é um fator restritivo considerável, até mesmo quando se trata de conteúdos de cunho industrial e pesquisas científicas.
Acompreensão de objetos tridimensionais é motivo de dificuldade, pois requer raciocínios complementares e inferência de informações não disponíveis nos modelos, que são representações em 2D de uma realidade tridimensional. Superfícies parametrizadas com geometria complexa podem ser aproximadas por uma superfície linear por partes como pode ser visto em [15], mas ainda assim diversos problemas depercepção podem surgir, entre eles: tamanho (efeito Mueller-Lyer), perspectiva, movimento (fenômeno Phi) e forma (Hering & Pogendorf) [6].
Observe as figuras 1 e 2, onde é possível perceber a dificuldade de visualização, considerando diferentes rotações de uma mesma estrutura de química. Na figura 1 foi escolhido ângulo favorável para visualização, enquanto na figura 2 houve a seleção de um ângulomenos favorável.

Figura 1. Zeólita vista em ângulo favorável.

Figura 2. Zeólita vista em ângulo não favorável.

A computação gráfica, através das representações 3D desta mesma realidade, e com suas possibilidades intrínsecas de translação, rotação e zoom dos modelos, minimiza em muito estes problemas de percepção. Existe ainda a possibilidade de se lançar mão do uso de sombras,texturas, perspectiva ou, até mesmo, estereoscopia para sanar eventuais dificuldades de percepção no contexto final.
Paradigmas modernos de interação tridimensional podem facilitar ainda mais o entendimento de modelos 3D. Em particular, a Realidade Aumentada pode constituir uma alternativa interessante para construção de material didático, uma vez que os modelos virtuais de difícil visualização podemser manipulados e imersos no mundo real.
Neste trabalho apresentamos uma aplicação para ensino de química, que permite visualizar e interagir com modelos de moléculas em sobreposição ao material didático convencional, com acréscimo de desenhos 2D impressos. O objetivo central do trabalho é prover um ambiente imersivo onde a visualização dos modelos seja fidedigna e, ao mesmo tempo, dotado...
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