CAPÍTULO II: O QUE É REALIDADE VIRTUAL

2.1. BREVE HISTÓRICO

A introdução do Cinerama e Cinemascope, em meados da década de 50 é considerada uma das primeiras experiências em obtenção de realismo artificial. Logo em seguida, em 1956, MORTON HEILIG (um cineasta) desenvolveu um simulador baseado em vídeo denominado "Sensorama" (Figura1) que permitia ao usuário expor-se a uma combinação de visão tridimensional, som estéreo, vibrações, sensações de vento e de aromas num passeio simulado de motocicleta por Nova York. Embora o invento não tenha tido sucesso comercial, ele foi o precursor da imersão do usuário num ambiente sintético

Figura 1 - O Sensorama de Morton Heilig (1956)

Em 1961, COMEAU e BRYAN descreveram o primeiro sistema de circuito fechado de televisão com o visor montado num capacete, produzido pela Philco. O sistema tinha um rastreador de posição no capacete e permitia ao usuário controlar remotamente uma câmera de televisão a partir dos seus movimentos da cabeça.

Em 1968, IVAN SUTHERLAND construiu, na Universidade de Harvard, o primeiro capacete de visualização com imagens geradas por computador, incorporando um sistema de rastreamento da posição da cabeça. Esse trabalho é considerado por muitos como o marco inicial da imersão em ambiente virtual e início da realidade virtual.

Entre 1977 e 1982 apareceram as primeiras luvas desenvolvidas respectivamente pelo grupo levado por DAN SANDI1N, RICHARD SOYRE e THOMAS DEFANTI na Universidade de Illinois e por THOMAS ZIMMERMAN para serem acoplados a computadores, e, em 1987, a empresa VPL Research Inc, da qual ZIMMERMAN foi um dos fundadores colocou pela primeira vez produtos de realidade virtual no mercado com a comercialização da luva "DATA GLOVE". Em seguida, a empresa também passou a vender um capacete de visualização chamado "EYE PHONES".

A partir daí, o avanço das pesquisas, o elevado interesse industrial, o crescimento das aplicações e um número crescente de usuários vêm provocando um crescimento enorme na demanda de componentes e produtos de realidade virtual e uma redução rápida nos preços, movimentando um mercado multi-milionário e de crescimento extraordinário.

2.2. DEFINIÇÕES

Há vários conceitos aceitos para determinar o que é RV, que em parte, tem haver com o caráter interdisciplinar da área, e também com a sua constante evolução. Um conceito um pouco mais refinado de RV, pode ser interpretado como uma forma das pessoas visualizarem, manipularem e interagirem com computadores e dados extremamente complexos.
Agrupando alguns conceitos, pode-se dizer que a RV é uma técnica avançada de interface, onde o usuário pode realizar imersão (sensação de estar dentro do ambiente), interação e envolvimento em um ambiente sintético tridimensional gerado por computador utilizando canais multi-sensoriais. Por outro conceito, pode-se entendê-la como a forma mais avançada de interface do usuário de computador até agora disponível, que começou tentando envolver o sentido da visão em combinação com os sentidos de movimento e audição.

Observa-se que a RV, não é nenhuma realidade de fato, mas uma simulação, que traz a pessoa o efeito e a essência de realidade. Tal ilusão de realidade, é gerada pelas interfaces para RV, que envolve um controle tridimensional altamente interativo de processos computacionais, de forma que o mesmo pode imaginar-se lendo um livro eletrônico, quando de fato está vendo uma imagem de vídeo, assim como, quando pode sentir a sensação de presença ao se comunicar em rede ou simplesmente jogando um videogame e usando um joystick ou mouse, participar interativamente de um filme ou programa de televisão, estudar em universidades virtuais, praticar telecirurgias, simulação de vôos, praticar ginásticas em academias virtuais, e porque não, praticar sexo virtual.

O usuário entra no espaço virtual das aplicações e visualiza, manipula e explora os dados da aplicação em tempo real, usando seus sentidos, particularmente os movimentos naturais tridimensionais do corpo. A grande vantagem desse tipo de interface, é que o conhecimento intuitivo do usuário a respeito do mundo físico, pode ser transferido para manipular o mundo virtual. Para suportar esse tipo de interação, o usuário utiliza dispositivos não convencionais como Capacete Binocular e Auditivo, que envia sons e imagens gerados pelo computador, um Dataglove (luva cibernética), que transmite ao computador posições e movimentos das mãos do usuário, entre outros dispositivos. Desta maneira, é possível acoplar sensação e ação em um ambiente onírico, tão ilusório quanto se queira. Pode-se por exemplo, voar por entre prédios de uma cidade, brincar com moléculas do tamanho de uma bola de futebol, ou andar dentro do cérebro de outra pessoa, recriado em três dimensões através de imagens radiológicas obtidas de um paciente real.

Isto, de fato acontece quando estimulamos os nossos receptores sensoriais externos através de sensações artificiais, chegando ao ponto, em que o sistema nervoso já não consegue distinguir entre o que é real e o que é artificial.

Os dispositivos para RV, serão estudados mais detalhadamente no Capitulo IV, dado ao grau de importância que este fator possui para ela. Pois, quando devidamente articulados, ajudam a melhor definir o sistema de percepção do ambiente virtual, no qual é possível encontrar basicamente sete sentidos, que subdivididos são: visão, audição, tato, olfato, paladar, equilíbrio e orientação.

Há ainda, subdivisões destes sentidos que afetam a percepção do usuário, como a sensação de movimento. Em estudos, descobriu-se que o movimento do usuário no ambiente virtual, não é adquirido apenas pelos olhos (estímulos visuais), mas pelo próprio corpo (estímulos físicos). O cérebro integra estímulos de todos os sentidos e compara experiências novas com aquelas já residentes na memória. Um dos principais problemas em alcançar a RV, é a satisfação dessa demanda de superposição de informações. Para obter a necessária superação da resistência, num sentido puramente físico, precisa-se, no mínimo, ver, ouvir e sentir um conjunto de estímulos que nossa experiência nos assegure ser consistente e satisfatória. A dissonância de percepção, que acontece quando esses estímulos estão em desacordo, pode causar desorientação, confusão e até dor.

Atualmente, há uma grande tendência em enfocar a RV, como a junção de três idéias básicas: imersão, interação e envolvimento. No entanto, apesar de alguns autores não estudá-las separadamente como característica fundamental do ambiente virtual, há a propensão de identificá-lo mais ao caráter imersivo.

A idéia de RV neste contexto, foi primeiramente desenvolvida por IVAN SUTHERLAND, aprimorada depois por MICHAEL MCGREEVY e SCOTT FISHER no laboratório AMES da NASA, e posteriormente comercializada por JARON LANIER e seus associados da VPL RESEARCH.
Para fins de didática, é necessário fazer-se o discernimento dessas idéias, sem adotar um procedimento rigoroso, visto que há fatores a serem considerados (visão, audição, tato, olfato, paladar, equilíbrio, orientação...) que se coordenados ou não, podem implicar na imersão em um ambiente virtual.

2.2.1. Interação

A idéia de interação, está ligada com a capacidade do computador detectar as entradas do usuário e modificar instantaneamente o mundo virtual e as ações sobre ele (capacidade reativa). As pessoas gostam de ficar cativadas por uma boa simulação e de ver as cenas mudarem em resposta aos seus comandos. Esta é a característica mais marcante nos video-games.

2.2.2. Envolvimento

Já a idéia de envolvimento, por sua vez, está ligada com o grau de motivação para o engajamento de uma pessoa com determinada atividade. O envolvimento pode ser passivo, como ler um livro ou assistir televisão, ou ativo, ao participar de um jogo com algum parceiro. A realidade virtual tem potencial para os dois tipos de envolvimento ao permitir a exploração de um ambiente virtual e ao propiciar a interação do usuário com um mundo virtual dinâmico.

2.2.3. Imersão

A identificação da RV através da imersão, percebesse estar relacionado com o objetivo de mostrar que ao usuário, quando imerso num ambiente virtual, pode-se proporcionar a sensação inigualável de presença, inclusive a sensação de que a aplicação está funcionando no ambiente tridimensional real. Por sua vez, a identificação do grau ou proporção de imersão, é obtido pelos dispositivos que transmitem ao usuário a sensação de entrada no ambiente virtual, dirigindo sua atenção e sentidos sensoriais para o que está acontecendo dentro desse ambiente, e de certa forma, isola-o do mundo exterior permitindo-lhe a exploração e a manipulação natural dos objetos com o uso das mãos por exemplo, para apontar, pegar, e realizar outras ações, ao invés de ser apenas um observador passivo, ou menos imersivo, ponto de vista este, amplamente difundido pela maioria dos estudiosos de RV, que afirmam, que por pouco que seja, há sempre um grau de imersividade, ou o interesse da imersão.

A imersão, além de ser considerada um fator de suma importância para a RV dentre os aspectos envolvimento e interação, é justificativamente baseada no uso de dispositivos visuais como os capacetes e/ou visores e de salas de projeção. Por outro lado, a RV menos imersiva (alguns autores, interpretam-na como RV não imersiva) baseia-se no uso de monitores. Desta forma, é correto dizer que tal justificativa, encontra-se amparada pelo fato de o ser humano receber 70% das informações através dos olhos. Ver é acreditar.

Os estímulos visuais não dependem necessariamente de visões estereoscópicas (imagens que são criadas para produzir um modelo visual tridimensional com características análogas às da mesma imagem quando vista através da visão binocular real. Moffitt e Mikhail, 1980), pois, as linhas de perspectiva, sombra, realce, luminosidade e textura, podem dar a um desenho bidimensional uma aparência tridimensional. O cérebro fará essa mudança de percepção mesmo que receba a imagem por um olho.

O processo visual dar-se de forma que um par de monitores de vídeo muito pequenos, colocados diretamente na frente de cada olho, proporciona à visão imagens que o cérebro vê como tridimensionais dinâmicas, que podem ser giradas, reduzidas, aumentadas ou manipuladas de qualquer forma. Até imagens relativamente imperfeitas, de baixa resolução, serão percebidas desta forma. Alguns visores, são equipados com fones de ouvido, que podem criar um ambiente auditivo, acrescentando uma proporção significativa de dados. Os outros sentidos, citados no início deste capítulo, também ajudam a complementar a visão do mundo.

Todavia, no princípio do surgimento da RV, os primeiros visores eram bastantes incômodos e pesados, tanto que há relatos de usuários que descreveram a experiência como "estar com um bloco de concreto na cabeça" (Figura 2).

Inovações mais recentes contribuíram para o desenvolvimento de visores mais leves e equilibrados, na forma de capacetes e óculos (Figura 3 e 4).

Figura 3 - Visor ultramoderno em forma de óculos	Figura 4 - Visor que usa designer em forma de capacete

Entretanto, embora a RV com o uso de capacetes tenha evoluído e seja considerada típica, algumas aplicações imersivas são contraproducente. Métodos alternativos, tais como visores suspensos acoplados à cabeça ou a utilização de óculos especiais com válvulas (Figura 5) cuja luz oscila a uma freqüência comparada à do monitor de vídeo, permitem que o usuário trabalhe no ambiente real quando dirigem sua atenção para as visualizações presentes no ambiente virtual.

A busca por um maior e melhor "grau" de imersão, que permita ao usuário estar em contato direto com os objetos virtuais, levaram os pesquisadores a desenvolverem formas de manipulá-los. Controles de mouse, leitoras óticas e joysticks, têm como resultado uma sensação melhor de participação, mas um dispositivo de luva, por exemplo, está a um passo à frente deles. Um dispositivo de luva, possibilita ao usuário penetrar literalmente no espaço cibernético e modificá-lo. Isso cria uma sensação de imersão espetacular na maioria dos usuários.

É possível adaptar-se esta mesma luva (representada graficamente por um cursor articulado em forma de mão), para permitir que o usuário entre com as informações a serem usadas. A luva pode ser usada para navegar um ambiente virtual, através de certos gestos. Na imersão total, diz-se que isso provoca uma elevada sensação de envolvimento, capaz de produzir uma alta concentração mental nas informações visuais.

A outra parte essencial de um sistema de imersão é um dispositivo de rastreamento de posição, que cria um sistema de coordenadas clássico em três eixos. Este dispositivo pode funcionar gerando um campo eletromagnético ou utilizando raios ultra-sônicos ou infravermelhos. Isso permite ao usuário movimentar-se em três dimensões. Um dispositivo de rastreamento de posição é utilizado para medir o movimento do visor e outro é utilizado para medir cada luva ou outra parte do corpo, que o usuário deseja colocar no espaço cibernético.

Todos esses dispositivos possuem limitações que restringem o alcance imersivo efetivo. Pois, dispositivos magnéticos, por exemplo, podem sofrer interferência de grandes objetos ferrosos e de outros campos elétricos e magnéticos. Há também um atraso perceptivo entre o tempo em que um movimento é realizado e o momento em que ele é realmente registrado num sistema.

O alcance limitado de sistemas de rastreamento de posição não tem sido o causador de problemas, no entanto, não é o que acontece com os visores e outros periféricos vinculados à estação de trabalho que processa os dados por meio de vários cabos. Essas amarras muitas vezes ameaçam confundir o usuário de um sistema de imersão total em RV. É fácil ficar desorientado, especialmente se o usuário é um principiante.

O grande poder de processamento necessário para juntar isto tudo, ainda que em um sistema relativamente primitivo, e criar um ambiente virtual que possa ser percebido como uma RV (que produz a sensação de estar em outro lugar) exige computadores de tecnologia avançada. Até recentemente, duas estações de trabalho separadas (uma para cada olho) eram necessárias para projetar as imagens num visor. Hoje, existe um novo tipo de estações de trabalho, chamadas de máquinas de realidade (usando processamento paralelo, operam os dois canas visuais, bem como outras entradas).

A ilusão de presença pode ser sensivelmente melhorada pela entrada coordenada de dados, através do ouvido. O som tridimensional não é estéreo convencional, mas som gravado quando alcança um modelo dos ouvidos, da cabeça e dos ombros humanos. A natureza individualizada dessa recepção de som permite que o usuário não apenas ouça o som, mas também atribua uma localização virtual para a fonte dele. Como o usuário recebe a maioria das informações visualmente e pelos ouvidos, isso é normalmente suficiente para criar um ambiente virtual que prenda a atenção do mesmo e produza uma sensação de estar presente, um sentimento de imersão.

Tudo isso visa criar uma ilusão. O sentido do tato também pode contribuir para a imersão. Esforços nesta direção, incluíram a produção de estímulos táteis, simulando texturas ou variações de temperatura nas pontas dos dedos das luvas. Outro sistema combina sensações táteis e uma resistência mínima à sensações de força, utilizando minúsculas vesículas de ar dentro da luva.

Outros meios de imersão no espaço cibernético, incluem o uso de leitoras óticas, joysticks e outros dispositivos que permitem que a mão atue sobre objetos virtuais de seis formas diferentes (6DOF ou 6FOF) ao mesmo tempo.

Outro método envolve o emprego de resistência física. Experiências em desenvolvimento, usam bicicletas, cadeiras de roda e esteiras para dar ao usuário a sensação de se estar fazendo manobras em um ambiente virtual. A posição é fixada não só por sensores externos de posição, como também por um programa interno, que movimenta o usuário pelo espaço cibernético.

Outro método que simula movimento, veio da tecnologia de simuladores de vôo. Bases móveis são usadas em cabines e cockpits de sistemas de RV para coordenar imagens visuais com movimentos físicos. Movidas por força hidráulica, elas ajudam a induzir o corpo a aceitar a realidade dos movimentos exibidos na tela curva que cerca o campo de visão do usuário. Quando estes estímulos estão ausentes, o corpo do usuário sofre o conflito de percepção.
Quanto as sensações de olfato e paladar, exigem receptores no nariz e na boca para receberem moléculas reais e enviar sinais específicos e muito complexos para o cérebro. Talvez por isto, encontram-se em fase de desenvolvimento.

A Figura 6 representa um sistema de RV imersiva.

Outra questão de suma importância, são os sistemas de Telepresença, que assemelham-se a RV na parte em que envolvem os usuários e que requerem interfaces muito elaboradas. Eles diferem, entretanto, na atuação sobre o ambiente (virtuais e remotos).

A Telepresença é uma situação em que uma pessoa está objetivamente presente num ambiente real, que está separado fisicamente da pessoa no espaço. Telepresença é um sistema homem-máquina em que um operador recebe informações de um ambiente remoto, de tal forma que ele sinta como se estivesse naquele ambiente. O sistema é composto por um operador, uma interface homem-máquina, um ambiente remoto e um telerobô.

Na Figura 7, vemos um sistema de Telepresença.

Os ambientes existentes, influem diretamente na Telepresença que são: os Ambientes Virtuais e os Ambientes Remotos.

Ambientes virtuais (Figura 8), são aqueles gerados por computador podendo o operador explorá-lo via Telepresença, tais como ensino à distância, reunião virtual ou teleconferência.

Figura 8 - Sistema de Ambiente Virtual

Já os ambientes remotos, são aqueles em que o operador se utiliza de telerobôs, equipados com câmeras de vídeo e outros sensores para manipular objetos em ambientes de acesso difícil ou que colocam em risco a sua vida, tais como consertos em uma estação espacial, manutenção em um reator nuclear, exploração de planetas.

Um aspecto importante também em Telepresença, é a crescente inquietação dos avanços tecnológicos, que fazem dos sistemas robóticos estruturas altamente complicadas, sobrecarregando os operadores com a complexidade e quantidade de controles. Desta forma, a grande meta da Telepresença, é produzir uma interface homem-máquina transparente, de forma que as informações possam ser transmitidas tão naturalmente entre o operador e o ambiente, que o usuário possa se sentir completamente imerso no ambiente virtual.

Em relação as aplicações de RV, também pode-se perceber o grau de imersão existente, quando exemplificada através da medicina à distância. Atualmente, a "coqueluche do momento" está na possibilidade de um paciente, por exemplo, ser operado em uma sala equipada com câmeras, microfones, telerobôs e sistemas de monitoração, estando o especialista em outro lugar geográfico. A NASA vê-se muito interessada neste assunto e está desenvolvendo um projeto de Telepresença para realizar eventuais operações médicas em astronautas nas estações espaciais.

No Capítulo VII, será melhor explorado a questão da aplicabilidade em RV, onde serão mencionados várias experiências imersivas em diversas áreas do conhecimento, cabendo ao Capitulo VI, somente o interesse de enfatizá-la com a questão imersiva.

MICHAEL HEIM (1993), em seu livro "A Metafísica da Realidade Virtual", também trata a Telepresença, como um dos conceitos que definem RV, assim como a vê pelo ponto de vista imersivo. Outros pesquisadores como JACOBSON (1994), PIMENTEL(1995) e MACHOVER (1994), são da mesma opinião.

HEIM, fala da variedade de conceitos correntemente dirigindo a RV, incluindo além da imersão, interação e envolvimento, conceitos como simulação, artificialidade e comunicação trabalhada em rede.

O realismo das simulações se aplica a sistemas sonoros também. Sistemas sonoros tridimensionais controlam todo ponto de espaço acústico digital, sendo que sua precisão excede a sistemas sonoros anteriores, demonstrando que o áudio tridimensional contribui para a RV. Além do fator visual e auditivo, os dispositivos ligados com os outros sentidos, também implicam no realismo de simulação, como som, posicionamento automático da pessoa e dos movimentos da cabeça, controles reativos, etc..

Por outro lado, o paradigma da artificialidade começou a criar ambientes interativos nos quais o usuário pode transpor seus próprios limites. Na sociedade os nossos atos são cercados de pressões e limites, no virtual a presença destes limites se torna menor, pois não existe uma noção de espaço ou conseqüências reais. Isto move o indivíduo de uma posição de reação ao meio social para uma posição de ação livre, no qual ele executa o que bem mais gostaria de fazer. Com isso tem-se a terapia do pensar e agir livremente, mesmo que seja ação virtual. Esta "terapia" nos posiciona em um novo padrão de pensamento, nos exercita o imaginário, já que sem ele não existe ação nenhuma, pois no virtual não existem fatos concretos que nos induzam a uma reação. Nos capacita a lidar com zonas de experiências nunca "pisadas", ou seja, nos faz transpor nossos próprios limites. E em última instância nos faz perceber que o virtual é tão possível de ser real, quanto nunca havíamos imaginado.

É interessante colocar que a questão da virtualização, ou seja, o emprego do imaginário, não é atual, e sim a informática, que nos tem disponibilizado ferramentas totalmente novas. O virtual já se faz presente desde a leitura ou criação de um livro, ao jogo de RPG, em uma brincadeira de crianças, em um sonho, ou seja, onde nosso imaginário ou o processo criativo estejam presente.

Outro aspecto a se apontar, encontra-se nas comunicações trabalhadas em rede, que tem como um dos pioneiros JARON LANIER (1985), que também aceita o modelo de imersão em RV. Por outro lado, procura enfatizá-la a outros aspectos essenciais.

Devido os computadores permitirem a interligação de redes, a RV parece um candidato para um meio de comunicação novo. O sistema RB2 (Realidade Construída para Dois) de VPL (Visual Programming Language) 1985, destaca a conectividade de mundos virtuais. Nesta visão, um mundo virtual é quando muito uma construção compartilhada, como um telefone é. Mundos virtuais, então, podem evocar caminhos improcedentes de compartilhamento, o que LANIER chama de "comunicação posto-simbólica". Devido usuários poderem estipular e formar objetos e atividades de um mundo virtual, eles podem compartilhar coisas imaginárias e eventos sem usar palavras ou referências de mundo real.

Adequadamente, comunicação pode ir além de uma linguagem verbal ou corporal para assumir propriedades mágicas e alquímicas. Um fabricante de mundo virtual poderia suplicar até agora por maravilhosas misturas de visão, som e movimento. Conscientemente construído fora da gramática e sintaxe de idioma, estes "semáforos" desafiam a lógica tradicional de informação verbal e visual. A RV pode transmitir recursos cinéticamente e cinemáticamente. Tal comunicação provavelmente requererá protocolos elaborados, assim como também, períodos de tempo longos por digerir o que foi comunicado. Por outro lado, tal idéia de comunicações trabalhadas em rede, pode até ser inviável ou difícil de realizar, porém é uma visão que conduz muita gente em RV.

Poucas coisas em RV não foram imaginadas em outras formas de arte e tecnologia. Portanto, a recente explosão de interesse, tem haver com o aumento dramático de poder computacional e do acesso a ele, haja vista que há mais poder computacional no desktop médio, do que no primeiro computador ENIAC, onde a nova geração de computadores pessoais foi descrita como "Mainframes de Mesa".

A RV pode tornar-se um novo meio poderoso, intimamente ligado ao objetivo de fazer do usuário não mais um observador passivo. Certamente, isto pode ter tanto impacto sobre as comunicações humanas quanto a imprensa, a câmera, o filme cinematográfico e a própria televisão.

Assim, ao referenciarmos TEIXEIRA (1997), abordado no livro "COMUNICATION AND CYBERSPACE", percebemos a procura para contextualizar a RV, segundo a opinião de que esta, oferece diferentes perspectivas à interação homem-máquina, utilizando combinações de tecnologias cujas interfaces com os usuários humanos, podem dominar seus sentidos, de forma que eles interajam com um ambiente imersivo e dinâmico gerado por computador.

Por conseguinte, ao conciliarmos as definições de BURDEA (1994), JACOBSON (1991), KIRNER (1996) e KRUGER (1911), pode-se considerar que a estrutura de RV é uma técnica avançada de interface, onde o usuário pode efetivar a imersão, navegação e interação em um ambiente sintético tridimensional reproduzido por computador, utilizando canais multi-sensoriais em tempo real, onde cada modalidade sensorial requer uma simulação preparada especialmente para seu caso específico.