Utilização da realidade virtual voltada para o treinamento industrial

ARTIGO ORIGINAL

FUCHTER, Simone Keller ^[1], SCHLICHTING, Mario Sergio ^[2]

FUCHTER, Simone Keller. SCHLICHTING, Mario Sergio. Utilização da realidade virtual voltada para o treinamento industrial. Revista científica multidisciplinar núcleo do conhecimento. Ano 03, ed. 10, vol. 07, pp. 113-120 Outubro de 2018. ISSN:2448-0959

RESUMO

A Realidade Virtual (RV) tem sido utilizada em treinamentos técnicos permitindo que os participantes tenham uma imersão bastante propícia ao entendimento da situação estudada e facilitando o aprendizado nos mais diversos temas. Em missões espaciais, há mais de trinta anos , são utilizados estes recursos em RV em treinamento, tanto para astronautas, bem como para profissionais técnicos envolvidos na montagem de equipamentos. Um dos grandes motivos de se utilizar estas ferramentas no treinamento é o fato de diminuir os custos em todo o processo, pois os equipamentos virtuais que os profissionais têm acesso em parte da aprendizagem não exigem tantos investimentos quanto os dos treinamentos tradicionais. Usou-se a metodologia Design-Based Research ( DBR)pesquisa bibliográfica e documental com prototipação. Os resultados mostraram que a ferramenta de desenvolvimento de Games Unity 3d com plugin Vuforia tem um grande potencial para realização de Realidade Aumentada com os objetos em 3D (motores) propostos para treinamento e a linguagem C# tem bastante aderência para a programação proposta. Concluiu-se também que a aceitação por parte dos usuários foi bem positiva para a visualização e até mesmo no manuseio de equipamentos.

Palavras-chave: Realidade Virtual, Realidade Aumentada, Treinamento

INTRODUÇÃO

A Realidade Virtual (RV) tem sido utilizada em treinamento há mais de trinta anos, permitindo que os participantes tenham uma imersão bastante propícia ao entendimento da situação estudada e facilitando o aprendizado nos mais diversos temas. Na Agência Nacional Aeroespacial Americana (NASA), há mais de trinta anos , são utilizados estes recursos em RV em treinamento. tanto para astronautas, bem como para profissionais técnicos envolvidos na montagem de equipamentos. Um dos grandes motivos de se utilizar estas ferramentas no treinamento é o fato de diminuir os custos em todo o processo, pois os equipamentos virtuais que os profissionais têm acesso em parte da aprendizagem não exigem tantos investimentos quanto os dos treinamentos tradicionais, de acordo com Dr Kumar Krishen, pesquisador de Tecnologia e Inovação da NASA (ICBAE, 2017). Outro fator enfatizado por este mesmo pesquisador se dá ao fato de se ter bastante flexibilidade de criar os ambientes de treinamentos em qualquer lugar, sem grandes estruturas exigidas e se consegue atingir um grande número de pessoas. Desta forma, a indústria, de um modo geral também tem se beneficiado com estas ferramentas tecnológicas e o fato de incrementar a técnica com Serious games, pode aumentar o interesse motivação e grau de concentração do usuário que está sendo treinado. Serious game é um jogo em que o foco está relacionado com o aprendizado específico e intencional que alcance mudanças de performance ou comportamentais sérias, que possam ser mensuradas e continuadas (DERRYBERRY, 2008). Utilizar tecnologias de jogos digitais pode auxiliar a formar bons profissionais como pilotos, manobristas de equipamentos como guindastes, barcos, até mesmos médicos cirurgiões que eventualmente utilizam mecanismos similares. (FÜCHTER e tal.,2016).

DESENVOLVIMENTO

Os objetivos gerais deste trabalho foram apresentar um modelo de plataforma de realidade virtual que simule o treinamento técnico com equipamentos, permitindo a interação do usuário com as peças de forma isolada ou em conjunto e podendo manuseá-las de forma a montar, fazer manutenção ou mesmo compreender o funcionamento de determinada máquina. Os objetivos específicos foram fazer um estudo da arte sobre o tema, apresentando cases atuais; pesquisar tecnologias disponíveis para elaboração de um protótipo; apresentar um modelo para treinamento técnico e avaliar o protótipo criado de forma a contribuir para a disseminação desta prática de treinamento virtual na indústria 4.0.

Dentro deste contexto, o problema de pesquisa é: Como elaborar uma eficiente plataforma de realidade virtual com gamification para treinamento técnico, que promova aprendizado, estímulo e desafio na indústria 4.0?

METODOLOGIA

A metodologia utilizada, usou o método Design-Based Research (DBR) que é uma abordagem de investigação que reúne algumas vantagens das metodologias quantitativas e também das qualitativas e sua aplicação está ligada com práticas sociais comunitárias.

As técnicas apresentam a parte prática da coleta de dados e podem ser divididas em documentação indireta e direta. A documentação indireta neste projeto abrange pesquisa bibliográfica e documental e a Prototipação também faz parte deste projeto.

Já na pesquisa documental de fonte primária, estão incluídos os manuais dos fabricantes dos softwares em estudo, Unity , Unreal Engine, Blender, 3DMAX, entre outros, porque eles são a principal fonte de informação sobre as funcionalidades, ferramentas e interfaces apresentadas pelos fabricantes dos softwares.

A metodologia também inclui um modelo de um protótipo em Realidade Virtual que permita o entendimento do manuseio das peças do equipamento. Ao final foram feitas entrevistas semi-estruturadas com mecânicos para avaliar o grau de aceitação da ferramenta de treinamento.

Etapas seguidas:

As etapas deste trabalho estão descritas a seguir:

1. Levantamento bibliográfico sobre Realidade Virtual, Treinamento Técnico

2. Apresentação de duas possíveis plataformas de desenvolvimento;

3. Elaboração do protótipo de treinamento;

4. Testes de validação;

5. Simulações do treinamento;

6. Avaliações das simulações e

7. Apresentação dos resultados análises e conclusões

REALIDADE AUMENTADA

A Realidade Aumentada (RA) é uma tecnologia similar à RV porém, utiliza a computação gráfica que permite a apresentação de objetos em 3D virtuais combinados com o nosso ambiente real e é considerada um subgrupo de Realidade Virtual É obtido através da representação de itens virtuais projetados (que são produzidos com o auxílio do computador) com os objetos reais que estão à nossa volta. (Carvalho et al., 2011).

A RA atualmente é muito utilizada por dispositivos móveis como smartphones e tablets e não somente em computadores desktops ou notebooks. Isto traz grande auxílio em treinamentos, devido à mobilidade de poder estar próximo aos ambientes técnicos, como fábricas ou oficinas.

O EXPERIMENTO

Após testes com as plataformas Unreal Engine e Unity, escolheu-se a plataforma de desenvolvimento de game Unity, por apresentar maiores opções de plugins para a RA. Foi utilizado a linguagem C# e Vuforia para a elaboração de RA.

Para demonstrar os motores, foram utilizadas duas técnicas para criação dos objetos em 3D: uma com escaneamento em 3D e a outra com o motor sendo modelado em software 3D MAX.

A seguir, figura 1 mostra o tablet exibindo a Realidade Aumentada de um motor a pistão.

Figura 1: demonstração de objeto em 3D sendo visualizado com Realidade Aumentada utilizando um tablet.

A seguir, a figura 2 apresenta em RA, uma turbina a diesel escaneada de uma miniatura. Foi utilizado scanner de baixa resolução, mas já é possível visualizar as peças de forma satisfatória.

Figura 2: A turbina, em tamanho reduzido, pode ser visualizada por meio de tablet, de forma que ela pode ser manuseada pelo usuário.

Figura 3: A figura apresenta a turbina colocada ao chão, sendo esta “projetada” em Realidade Aumentada, sendo vista por um tablet.

OBJETO ESCANEADO DE UM MODELO REAL X OBJETO MODELADO (CRIADO POR SOFTWARES)

Cada opção tem vantagens e desvantagens. Se existe o modelo real (físico) no ambiente onde se está criando e desenvolvendo o aplicativo de realidade aumentada, pode-se pensar na hipótese de escaneá-lo. Vai requerer um scanner 3D e um bom espaço de iluminação adequado para o escaneamento. Tem como vantagem o fato de ser rápido e dependendo do scanner, com um bom grau de precisão da peça. Como desvantagem, o fato de precisar da peça real para o escaneamento, o que pode ser caro e difícil em termos de logística para que a peça esteja no local e data programados.

Mesmo que exista o modelo real para escanear, muitas indústrias atualmente estão preferindo utilizar a CGI (Computer-Generated Imagery) que é a opção em que o modelo é criado totalmente por designers de computação gráfica, ou seja: dentro do computador de forma virtual. O motivo se dá ao fato de que os custos para transporte, logística, aluguel de estúdios e equipes para reproduzir o objeto, seja para fotografia (2d) ou objetos virtuais (3D) com a opção virtual (CGI) tem sido mais barato, dependendo dos casos e os resultados são extremamente realísticos, de forma que fica difícil identificar se o objeto que está sendo visualizado partiu de um modelo real ou se foi totalmente criado por vetores em softwares virtuais. O grande desafio é modelar em grande escala.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

RESULTADOS

Os resultados encontrados, mostraram que a tecnologia mais apropriada para a Realidade Aumentada é a plataforma Unity, juntamente como plugin Vuforia. Para o modelo e protótipo porque é uma tecnologia bastante conhecida, com muito scripts e plugins, além de assets disponíveis. O estudo provou , no entanto, que é importante o conhecimento da linguagem C#, para a programação do protótipo, o que dificultou um pouco o desenvolvimento, por não ser uma linguagem tão comum quanto as demais encontradas no mercado. Os problemas maiores para execução destes trabalhos, estão também relacionados ao acesso a modelos em 3D que representem com fidelidade os equipamentos a serem apresentados para este treinamento, e ainda como resultados satisfatórios para este trabalho, foi a aquisição em bancos de objetos em 3D, como CGTrader, como uma fonte para materiais a serem utilizados nas plataformas Unity. Em relação a aceitação dos entrevistados, foi percebida uma motivação por parte dos técnicos, pelo fato de visualizarem virtualmente o motor em seu local de trabalho. Eles puderam interagir, com o objeto, visualizando em detalhes, girando visualizando o motor por diversos ângulos inclusive internamente. Pode também serem feitos pontuações em uma simulação de montagem, como gamificação.

CONCLUSÕES

Como Conclusões, pode-se afirmar, que pode-se dividir em dois grandes e importantes aspectos para conseguir construir este modelo de ambiente de Realidade Virtual/Aumentada para treinamento nas indústrias: um de caráter lógico, envolvendo a programação em C# e outro de caráter de Design, buscando ao máximo objetos em 3D que representem de modo mais fidedigno possível, os equipamentos da indústria para serem recriados em um ambiente de treinamento em RV. Após as conclusões referentes ao modo de desenvolvimento do protótipo, baseado nos relatos dos entrevistados, concluiu-se que esta tecnologia trouxe motivação, interesse e aprovação para seu uso em demonstração e treinamento sobre motores.

REFERÊNCIAS

CARVALHO et al. VRINMOTION: Utilização de Realidade Aumentada no sector mobiliário. Revista Ibérica de Sistemas e Tecnologias de Informação, Guimaraes, n.7, p. 1-2 , jun. 2011.

DERRYBERRY, A. Serious games: online games for learning. Disponível em http://www.adobe.com/resources/elearning/pdfs/serious_games_wp.pdf. Acesso em 2 jan. 2018

Fuchter, S., Pham, T.,Schlichting, M,.Perecin, A,.Ramos, L.,Füchter, A. O uso do game como ferramenta de educação e sensibilização sobre a reciclagem de lixo.Revista Educação e Cultura Contemporânea, v.13, n.31. P-56-81. 2018

Herz, J., & Macedonia, M. (2002, April). Computer games and the military: Two views. Defense Horizons, 11. Retrieved May 3, 2004, from http://www.ndu.edu/inss/DefHor/DH11/DH11.htm.

ICBAE Krishen, K.Innovation in the Space Programm that impacts Life on Earth. International Conference in Business Administrations and Economics. Univ Talca, TAlca. Chile. 2017

Laughlin, D. (2007). NASA eEducation Research and Development Implementation Plan. learners.gsfc.nasa.gov/NLT/road.html.

Morie, J. F., “Coercive Narrative, Motivation and Role Playing in Virtual Worlds,” Proceedings of the 6th World Multiconference on Systemics, Cybernetics and Informatics, Vol. XII, In

Oblinger, D., Martin R. and Baer, L. (2004). Unlocking the potential of gaming technology. National Learning Infrastructure Initiative Annual Meeting, January 26, 2004, San Diego, CA. dustrial Systems and Engineering II, pp. 473-479, July 2002.

Siemer, J. (1995). Evaluating intelligent tutoring with gaming-simulations. Paper presented at the Winter Simulation Conference.

^[1]  Professora pesquisadora do Centro Universitário Estácio de Santa Catarina no Projeto de Pesquisa Produtividade- PPP. Doutorado e Mestrado em Engenharia de Produção pela Universidade Federal de Santa Catarina -UFSC. MBA em Gestão Global pela UDESC/Univ. Independente de Lisboa e graduação em Administração pela Universidade do Estado de Santa Catarina UDESC/ESAG.

^[2] Estudante do Centro Universitário Estácio de Santa Catarina, Pesquisador do Programa PUIC.

Enviado: Agosto, 2018

Aprovado: Outubro, 2018