Um ambiente virtual (EV) (Virtual Environment ou VE em inglês), pode ser definido como o ambiente gerado por computador (geralmente ou idealmente em tempo real) no qual o usuário pode se mover e interagir com os objetos digitais que o compõem, ambiente que pode ser percorrido, modificado ou transformado de acordo com as ações do usuário.[1].
Assim, o ambiente virtual é um modelo computacional simulado projetado para promover a interação com o nível cognitivo humano. Por ser um ambiente feito pelo homem, pode conter objetos que representam entidades verdadeiras (reais) ou entidades abstratas que possuem uma representação física simulada. Por definição, esta representação amplia o alcance limitado que a visualização proporciona, segundo as técnicas tradicionais, uma vez que inclui todos os sentidos humanos e não apenas a visão.[1].
A criação de mapas cognitivos") –representações mentais do layout do ambiente– pode ser potencializada através da representação de mapas, e o mapa pode ser entendido como uma metáfora para o conhecimento espacial do ambiente. Os ambientes virtuais introduzem uma metáfora sem interface, pois eliminam a mediação entre interação e representação espacial. Com esta abordagem, o mapa virtual") é a interface através da qual o conhecimento é construído sem mediação indutiva, mas através da exploração de informações.[1].
Contexto
O ambiente virtual é um conceito que evoluiu a partir do termo realidade virtual, introduzido pelos pioneiros Myron Krueger e Jaron Lanier. A ideia fundamental que deu origem à realidade virtual foi, de facto, introduzida por Ivan Sutherland, num artigo de 1965, "The Ultimate Display",[2] no qual imaginou o computador como um "espelho de um país das maravilhas matemáticas", onde o comportamento dos objectos não teria de seguir as propriedades físicas encontradas na natureza. A experiência com a última tela seria uma experiência sensorial completa que inclui visão, audição, tato, olfato e paladar.
Em ambientes virtuais clássicos, os sistemas sensoriais e motores do usuário são conectados ao computador por meio de sensores e efetores&action=edit&redlink=1 "Efetor (computação) (ainda não escrito)").[nota 1] Para gerar estímulos sensoriais são utilizados sistemas de simulação de propósito especial, que já são capazes de reproduzir imagem e som em tempo real, tridimensional e emulação do comportamento real do elemento (force feedback), mas com limitações para os demais sentidos. Esses efetores são usados em conjunto com seis graus de liberdade (x, y, z) e sensores de guinada, inclinação, rotação e rastreamento que juntos criam uma sensação subjetiva de presença muito atraente. Esta descrição constitui o que geralmente é chamado de ambiente virtual imersivo.
Ambientes virtuais
Introdução
Em geral
Um ambiente virtual (EV) (Virtual Environment ou VE em inglês), pode ser definido como o ambiente gerado por computador (geralmente ou idealmente em tempo real) no qual o usuário pode se mover e interagir com os objetos digitais que o compõem, ambiente que pode ser percorrido, modificado ou transformado de acordo com as ações do usuário.[1].
Assim, o ambiente virtual é um modelo computacional simulado projetado para promover a interação com o nível cognitivo humano. Por ser um ambiente feito pelo homem, pode conter objetos que representam entidades verdadeiras (reais) ou entidades abstratas que possuem uma representação física simulada. Por definição, esta representação amplia o alcance limitado que a visualização proporciona, segundo as técnicas tradicionais, uma vez que inclui todos os sentidos humanos e não apenas a visão.[1].
A criação de mapas cognitivos") –representações mentais do layout do ambiente– pode ser potencializada através da representação de mapas, e o mapa pode ser entendido como uma metáfora para o conhecimento espacial do ambiente. Os ambientes virtuais introduzem uma metáfora sem interface, pois eliminam a mediação entre interação e representação espacial. Com esta abordagem, o mapa virtual") é a interface através da qual o conhecimento é construído sem mediação indutiva, mas através da exploração de informações.[1].
Contexto
O ambiente virtual é um conceito que evoluiu a partir do termo realidade virtual, introduzido pelos pioneiros Myron Krueger e Jaron Lanier. A ideia fundamental que deu origem à realidade virtual foi, de facto, introduzida por Ivan Sutherland, num artigo de 1965, "The Ultimate Display",[2] no qual imaginou o computador como um "espelho de um país das maravilhas matemáticas", onde o comportamento dos objectos não teria de seguir as propriedades físicas encontradas na natureza. A experiência com a última tela seria uma experiência sensorial completa que inclui visão, audição, tato, olfato e paladar.
A perspectiva imersiva revelou-se inadequada para tecnologia de ponta e alguns problemas ainda permanecem. Isso levou ao surgimento da realidade aumentada. Em sistemas de realidade aumentada, ambientes virtuais e reais são combinados para formar um único ambiente que é exibido ao usuário. Geralmente consiste em uma tela transparente onde se sobrepõem informações do mundo real (geralmente obtidas por câmeras de vídeo) e do mundo digital (de sistemas computacionais). A realidade aumentada surge como um conceito oposto à realidade virtual, pois na realidade aumentada o usuário não está dentro de uma realidade computacional simulada, mas sim aumenta o mundo real com dados sobrepostos.
Com a evolução de uma Internet com largura de banda “Largura de banda (computação)”), o campo do ambiente virtual sofreu um redirecionamento, e o foco está mais uma vez na representação visual apoiada na disponibilidade de uma grande quantidade de conteúdo de altíssima qualidade. Nos últimos anos, assistiu-se a outra grande revolução neste campo, com profundas implicações para a representação geográfica: o surgimento de representações virtuais tridimensionais da superfície da Terra, acessíveis através da Internet (por exemplo, Digital Earth e Google Earth).
Desempenho gráfico
Para fornecer um meio exploratório, os resultados do movimento (ou ações) do usuário devem ser quase imediatos. O desempenho em tempo real é alcançado quando a cena gráfica é processada a uma velocidade de pelo menos 10 quadros por segundo.
Os objetos que povoam o ambiente virtual são descritos em um espaço tridimensional (geografia)&action=edit&redlink=1 "Espaço tridimensional (geografia) (ainda não escrito)"). Qualquer objeto tridimensional é composto por pontos e polígonos, com diversas propriedades de comportamento e aparência. Devido à variabilidade na complexidade das cenas virtuais, o desempenho gráfico é geralmente expresso em polígonos renderizados por segundo.[1].
Nível de detalhe
Como o número de polígonos que podem ser representados em tempo real é limitado, existe uma técnica chamada nível de detalhe (LOD), que é utilizada para gerenciar a complexidade da cena dependendo da posição do observador. O objetivo é maximizar a qualidade da imagem mantendo a taxa de quadros suficiente para realizar um passeio imersivo, sabendo que o tamanho do triângulo e a resolução da textura devem variar inversamente com a distância do ponto de vista.
Algoritmos LOD para representar grandes superfícies de terreno geralmente dependem de representações de árvores quadrangulares para terrenos e texturas. Normalmente, várias representações diferentes são pré-computadas, armazenadas em disco e carregadas conforme necessário.[1].
Refinamento sucessivo
Quando, devido à sua natureza, os objetos não podem ser pré-computados, outra técnica chamada “refinamento sucessivo” é utilizada. Neste caso, quando o usuário está interagindo com o objeto, apenas uma representação aproximada é exibida e o novo modelo é calculado instantaneamente. Quando o sistema está ocioso, os recursos do sistema são usados para refinar a representação do objeto. No caso de representações de terreno, é comum usar uma técnica matemática chamada decomposição wavelet para permitir atualizações em múltiplas resoluções.[1].
SIG virtual
A ideia do GIS virtual é a integração das funcionalidades do GIS (consultas e análises espaciais) em um ambiente virtual. A capacidade inerente dos ambientes virtuais de produzir "mapas virtuais cognitivos" torna-os uma plataforma apropriada para a exploração espacial. Malhas regulares/hierárquicas ou redes triangulares irregulares (TIN) de dados altimétricos, obtidos a partir de modelos digitais de elevação, com texturas sobrepostas, geralmente derivadas de fotografias aéreas, imagens de satélite ou camadas GIS mais abstratas (uso do solo, ventos, vegetação, aspecto) constituem o elemento mais fundamental de qualquer ambiente virtual.[1].
Ambientes virtuais colaborativos
A utilização de ambientes virtuais distribuídos para trabalho colaborativo assistido por computador[3] constitui um ambiente virtual colaborativo. Há acesso e renderização multiusuário simultâneos no ambiente virtual compartilhado. Neste ambiente simulado de rede, dois ou mais usuários manipulam exibições visuais e trocam informações através de conteúdo multimídia rico. Esta evolução do conceito original encontrou uma base sólida nas ciências ambientais e no planejamento urbano, campos que normalmente são os principais usuários do SIG.[1].
Referências
[3] ↑ Efector, además de su significado en el terreno de la biología y de la anatomía, de la biología molecular, tiene una acepción en los ámbitos de la computación y robótica como elemento o conjunto de órdenes que genera o recibe un efecto, en una cierta similitud con mando, dispositivo que permite actuar sobre un mecanismo o aparato para iniciar, suspender o regular su funcionamiento, posibilitando un tipo de interacción sensor-efector para interaccionar con el medio.
Em ambientes virtuais clássicos, os sistemas sensoriais e motores do usuário são conectados ao computador por meio de sensores e efetores&action=edit&redlink=1 "Efetor (computação) (ainda não escrito)").[nota 1] Para gerar estímulos sensoriais são utilizados sistemas de simulação de propósito especial, que já são capazes de reproduzir imagem e som em tempo real, tridimensional e emulação do comportamento real do elemento (force feedback), mas com limitações para os demais sentidos. Esses efetores são usados em conjunto com seis graus de liberdade (x, y, z) e sensores de guinada, inclinação, rotação e rastreamento que juntos criam uma sensação subjetiva de presença muito atraente. Esta descrição constitui o que geralmente é chamado de ambiente virtual imersivo.
A perspectiva imersiva revelou-se inadequada para tecnologia de ponta e alguns problemas ainda permanecem. Isso levou ao surgimento da realidade aumentada. Em sistemas de realidade aumentada, ambientes virtuais e reais são combinados para formar um único ambiente que é exibido ao usuário. Geralmente consiste em uma tela transparente onde se sobrepõem informações do mundo real (geralmente obtidas por câmeras de vídeo) e do mundo digital (de sistemas computacionais). A realidade aumentada surge como um conceito oposto à realidade virtual, pois na realidade aumentada o usuário não está dentro de uma realidade computacional simulada, mas sim aumenta o mundo real com dados sobrepostos.
Com a evolução de uma Internet com largura de banda “Largura de banda (computação)”), o campo do ambiente virtual sofreu um redirecionamento, e o foco está mais uma vez na representação visual apoiada na disponibilidade de uma grande quantidade de conteúdo de altíssima qualidade. Nos últimos anos, assistiu-se a outra grande revolução neste campo, com profundas implicações para a representação geográfica: o surgimento de representações virtuais tridimensionais da superfície da Terra, acessíveis através da Internet (por exemplo, Digital Earth e Google Earth).
Desempenho gráfico
Para fornecer um meio exploratório, os resultados do movimento (ou ações) do usuário devem ser quase imediatos. O desempenho em tempo real é alcançado quando a cena gráfica é processada a uma velocidade de pelo menos 10 quadros por segundo.
Os objetos que povoam o ambiente virtual são descritos em um espaço tridimensional (geografia)&action=edit&redlink=1 "Espaço tridimensional (geografia) (ainda não escrito)"). Qualquer objeto tridimensional é composto por pontos e polígonos, com diversas propriedades de comportamento e aparência. Devido à variabilidade na complexidade das cenas virtuais, o desempenho gráfico é geralmente expresso em polígonos renderizados por segundo.[1].
Nível de detalhe
Como o número de polígonos que podem ser representados em tempo real é limitado, existe uma técnica chamada nível de detalhe (LOD), que é utilizada para gerenciar a complexidade da cena dependendo da posição do observador. O objetivo é maximizar a qualidade da imagem mantendo a taxa de quadros suficiente para realizar um passeio imersivo, sabendo que o tamanho do triângulo e a resolução da textura devem variar inversamente com a distância do ponto de vista.
Algoritmos LOD para representar grandes superfícies de terreno geralmente dependem de representações de árvores quadrangulares para terrenos e texturas. Normalmente, várias representações diferentes são pré-computadas, armazenadas em disco e carregadas conforme necessário.[1].
Refinamento sucessivo
Quando, devido à sua natureza, os objetos não podem ser pré-computados, outra técnica chamada “refinamento sucessivo” é utilizada. Neste caso, quando o usuário está interagindo com o objeto, apenas uma representação aproximada é exibida e o novo modelo é calculado instantaneamente. Quando o sistema está ocioso, os recursos do sistema são usados para refinar a representação do objeto. No caso de representações de terreno, é comum usar uma técnica matemática chamada decomposição wavelet para permitir atualizações em múltiplas resoluções.[1].
SIG virtual
A ideia do GIS virtual é a integração das funcionalidades do GIS (consultas e análises espaciais) em um ambiente virtual. A capacidade inerente dos ambientes virtuais de produzir "mapas virtuais cognitivos" torna-os uma plataforma apropriada para a exploração espacial. Malhas regulares/hierárquicas ou redes triangulares irregulares (TIN) de dados altimétricos, obtidos a partir de modelos digitais de elevação, com texturas sobrepostas, geralmente derivadas de fotografias aéreas, imagens de satélite ou camadas GIS mais abstratas (uso do solo, ventos, vegetação, aspecto) constituem o elemento mais fundamental de qualquer ambiente virtual.[1].
Ambientes virtuais colaborativos
A utilização de ambientes virtuais distribuídos para trabalho colaborativo assistido por computador[3] constitui um ambiente virtual colaborativo. Há acesso e renderização multiusuário simultâneos no ambiente virtual compartilhado. Neste ambiente simulado de rede, dois ou mais usuários manipulam exibições visuais e trocam informações através de conteúdo multimídia rico. Esta evolução do conceito original encontrou uma base sólida nas ciências ambientais e no planejamento urbano, campos que normalmente são os principais usuários do SIG.[1].
Referências
[3] ↑ Efector, además de su significado en el terreno de la biología y de la anatomía, de la biología molecular, tiene una acepción en los ámbitos de la computación y robótica como elemento o conjunto de órdenes que genera o recibe un efecto, en una cierta similitud con mando, dispositivo que permite actuar sobre un mecanismo o aparato para iniciar, suspender o regular su funcionamiento, posibilitando un tipo de interacción sensor-efector para interaccionar con el medio.