Para Jonietz (2007) a RA é um meio natural e eficaz para expor o resultado esperado de um determinado projecto de design de interiores, pois permite que seja visualizado no seu contexto e inserido no mundo real. É possível apresentar de forma clara as relações existentes entre os objectos de design e o mundo real. Com a utilização de dispositivos de RA, o utilizador final pode interagir com os objectos de uma forma natural, bem como perceber e compreender facilmente as características do design e avaliar o impacto visual final. Com uma aplicação em RA portátil, o utilizador final pode caminhar pela sua casa ou outro espaço afim e visualizar em simultâneo as peças de mobiliário. O aproveitamento do corpo humano para uma interacção mais natural é, obviamente, um desafio e uma “ferramenta” inovadora. Veja-se que o simples acto de caminhar para os seres humanos é um mecanismo poderoso para auxiliar a percepção tridimensional (Messing & Durgin, 2005).

Ao longo dos últimos anos tem crescido de forma significativa o interesse na tecnologia de RA em ambientes desktop. Muitas plataformas têm sido desenvolvidas com diferentes arquitecturas, incluindo a AMIRE (Haller, Stauder, & Zauner, 2004), a Arvika (Friedrich, 2004), a StudierStube (Wagner & Schmalstieg, 2010), a DART (MacIntyre et al., 2003), a DWARF (Sandor & Klinker, 2005) bem como diversas ferramentas de software estão também disponíveis: NyARToolkit (ARToolworks, 2008), ARToolkitPlus (Wagner & Schmalstieg, 2006), SLARToolkit (Schulte, 2010), ATOMIC (Sologicolibre, 2008), IrrAR, OSGART (Looser, Grasset, Seichter & Billinghurst, 2006), etc. Algumas soluções do tipo chave na mão também começam cada vez mais a surgir, embora o custo ainda seja razoavelmente elevado: METAIO (Pentenrieder, Bade, Doil & Meier, 2007), LinceoVR, Total Immersion ou ainda o Layar (Ricketts, 2010).

2.2. Técnicas de Localização e Mapeamento Simultâneos

A técnica de Localização e Mapeamento Simultâneos (SLAM) é uma aproximação bastante difundida (T Bailey & Durrant-Whyte, 2006; Durrant-Whyte T Bailey &, 2006) na área de robótica, sendo utilizada para permitir que os robôs, com o auxílio da visão por computador, sejam capazes de detectar e reconhecer objectos à sua frente. Como é necessário ainda um grande desenvolvimento e aperfeiçoamento nesta área, os algoritmos em SLAM continuam a ser alvo de intensa pesquisa e consequente aproveitamento na área de RA.

A maioria das aplicações em RA utiliza marcas predefinidas (Chekhlov, Gee, Calway & Mayol-Cuevas, 2007) ou modelos que simplifiquem os algoritmos necessários para o posicionamento e criação de visualizações aumentadas. Essas aplicações impõem restrições sobre as áreas de operação e a própria interactividade. Para um grande número de aplicações em RA, o objectivo é de pré-visualizar objectos físicos. Isto exige sistemas com uma elevada precisão, robustez e interactividade que, em conjunto, podem detectar posições e orientações de ponto de vista, sem nenhum conhecimento prévio. As técnicas de SLAM são técnicas que podem ajudar muito a colmatar esses desafios.

Embora os problemas fundamentais do SLAM estejam a ser intensamente pesquisados em termos de complexidade computacional, no que diz respeito à representação do mapa do espaço visual e à associação dos dados visualizados (T Bailey & Durrant-Whyte, 2006, T. Bailey, 2006) muitas questões ainda permanecem por responder. O desafio mais importante ainda é o desenvolvimento de algoritmos que consigam lidar com a visualização de espaços complexos, amplos e pouco estruturados (Andreasson, Duckett, & Lilienthal, 2007). As dificuldades incluem erros de linearização e detecção devido à pouca estruturação do espaço em si (muitos anteparos, não linearidade da luz, etc.).

Muhammad, Fofi e Ainouz (2009) apresentaram uma extensa classificação do estado-da-arte da visão baseada em técnicas de SLAM em termos de (i) sistemas de imagem utilizados para executar o SLAM, que incluem câmaras individuais, pares estéreo, câmara com múltiplas plataformas e sensores catadióptricos, (ii) características extraídas do ambiente a fim de realizar o SLAM, que incluem informação geométrica, (iii) a inicialização de marcos, que pode ser com ou sem atraso, (iv) técnicas de SLAM utilizadas, que incluem extensões às técnicas de filtragem de Kalman (Yan, Guorong, Shenghua & Lian, 2009), a técnicas inspiradas na biologia como a de RatSLAM, e outras como a de Local Bundle Adjustment, e (v) a utilização de odometria.

Estudos extensos sobre os métodos de SLAM e investigação científica relacionada são apresentados por T Bailey & Durrant-Whyte (2006ª) e T Bailey (2006). Estes autores descreveram os problemas essenciais do SLAM, bem como os recentes avanços em métodos computacionais e em novas formulações do problema de SLAM em grande escala e em ambientes mais complexos. Finalmente, em termos de plataformas, já existem algumas soluções disponíveis, embora em número significativamente menor em comparação com a RA com marcas, sendo a maioria delas, na verdade, bibliotecas que podem ser incluídas no código. Alguns exemplos são dados por: PTAM (Nuetzi, Weiss, Scaramuzza & Siegwart, 2010, Isis Inovation, 2008) SceneLib (Davison, Andrew and Smith, Paul, 2003), Bayes ++ ou FastSLAM 2.0 (Zhang, Meng, & Chen, 2009) para Matlab.

3. Modelo Conceptual e Descrição Técnica

Numa primeira abordagem, utilizamos marcas para identificar onde as peças de mobiliário ou decoração devem aparecer no mundo real. Estamos, entretanto, evoluindo para uma aproximação sem marcas, de forma a permitir uma maior flexibilidade na sua utilização. Isto será possível graças à adopção de técnicas de SLAM para identificar adequadamente o espaço e reconstruir um modelo 3D do mesmo.

Numa fase seguinte, está prevista a detecção dos limites do espaço (da sala ou quarto), sendo esta informação utilizada para identificar o espaço que condiciona o posicionamento de modelos 3D. Para cada elemento do mobiliário ou decoração, deverão ser também identificadas caixas delimitadoras para controlo de sobreposição e oclusão. O visualizador em RA permitirá que o utilizador, de forma interactiva, posicione os modelos no espaço visível, controlando esse posicionamento com base nos limites previamente detectados.

Com o intuito de ser altamente flexível, o VRINMOTION além de incluir o visualizador em RA, inclui também um editor de montagem para RA. Este editor permite a inserção ou exclusão de modelos 3D e de marcas, a associação entre estes e ainda a montagem interactiva de modelos 3D sobre uma foto do espaço do imóvel.

As funcionalidades já disponíveis para o utilizador final dos protótipos do editor e do visualizador são os seguintes: (1) Importação e visualização da imagem do espaço interior; (2) Associação interactiva entre marcas e modelos 3D de mobiliário e decoração; (3) Base de dados para modelos 3D e respectiva visualização e gestão; (4) Base de dados para marcas e respectiva visualização e gestão; (5) Configuração interactiva da cena em RA: área de identificação, número de modelos para mapear, etc; (6) Pré-visualização da cena em RA, através da utilização de imagens capturadas in loco.

Esta interface inicial resultou da avaliação dos requisitos. Neste sentido, chegamos à conclusão que o editor deverá ter uma base de dados para marcas e outra para modelos. Também deverá existir uma forma de fazer a associação entre os dois tipos de elementos.

Na base de dados de modelos, os utilizadores poderão carregar modelos OBJ referentes ao mobiliário que pretendam visualizar posteriormente no seu imóvel, a partir de um catálogo. O catálogo estará acessível aos utilizadores via internet (em ficheiro ZIP ou Rar, com uma estrutura bem definida), em formato DVD/CD-ROM ou ainda outro método à escolha. Para este efeito, o editor fornecerá mecanismos de importação e exportação. No entanto, no editor já estarão contemplados alguns exemplos de modelos de mobiliário para utilização imediata.

Através do editor, o utilizador poderá criar diferentes tipos de cenas, conforme queira visualizar o mobiliário de uma sala, cozinha, quarto, etc, tendo imediatamente uma noção se o mobiliário se integra no espaço a ser visualizado, podendo fazer uma apreciação qualitativa do resultado. O utilizador também pode testar várias alternativas de decoração, criando para isso várias cenas.

3.1. Processo e estudo de Usabilidade

A RA, pela sua complexidade na criação de um ambiente imersivo, apresenta novos desafio à IHC (Interacção Humano-Computador) no que respeita à manipulação, selecção e adequação das técnicas para a RA em dispositivos portáteis. Assume-se, deste modo, um novo paradigma no design de interacção, que passa pela evidente valorização e aproveitamento de todo o corpo humano para realizar acções com um sistema (Saffer, 2009), quer seja através do movimento do corpo, quer através do toque e mesmo dos gestos. O design de interacção (Heo, Sahyun & Song, 2007) pretende assim fornecer um suporte às actividades das pessoas, seja no lar ou no trabalho, e criar experiências que melhorem e estendam a maneira como as pessoas trabalham, se comunicam e interagem (Preece, Roger, Sharp & Wiley, 2002).

É neste contexto, que a usabilidade, como uma das principais componentes de estudo IHC, foi um aspecto considerado no projecto VRINMOTION, uma vez que se pretende oferecer ao sector do mobiliário um produto que integre objectos virtuais com o mundo real, usando dispositivos portáteis e fornecendo um alto nível de imersão e realismo.

O sucesso deste projecto depende em grande parte da interacção dos utilizadores finais (designers de interiores, arquitectos, decoradores, cidadão comum, com interesse na decoração, entre outros do ramo mobiliário) de maneira eficiente, eficaz e satisfatória (ISO, 1998) com os dispositivos e conteúdos integrados, permitindo a exploração do ambiente virtual e a modificação dos objectos de forma rápida e fácil.

A integração da componente de usabilidade neste projecto, coloca os utilizadores no centro do design (user-centered design) do produto e do ciclo de vida do desenvolvimento, apresentando-se também como participantes activos no processo de desenvolvimento. O processo de design para sistemas interactivos, baseia-se na ISO 13407 standard (ISO, 1999), tendo adoptadas cinco fases: 1) Análise: Perceber e o contexto de uso e especificar os utilizadores e as necessidades individuais e organizacionais; 2) Design: Desenvolver o design conceptual e criar protótipos de baixa e alta-fidelidade; 3) Implementação; Implementar uma avaliação heurística e/ou testes empíricos de usabilidade, bem como executar o design de interacção para corrigir problemas; 5) Avaliação: Obter feedback e padrões de uso por parte dos utilizadores finais, assim como monitorizar e controlar a utilização no contexto real de uso.

A primeira fase de análise do projecto contou com um total de 35 participantes (potenciais utilizadores), tendo sido elaborados 3 tipos de guiões, direccionados para cada uma das tipologias: (1) Vendedores/distribuidores; (2) Influenciadores; (3) Utilizador/consumidor. Os guiões apresentavam entrevistas semi-estruturadas, de respostas abertas, permitindo decompor de forma sistemática as dificuldades, expectativas e necessidades dos entrevistados, e reflectiram a definição dos requisitos do produto. Obteve-se desta forma uma lista de 19 requisitos, posteriormente submetidos a análise do modelo de Kano (Heo, Park, & Song, 2007). Para efeito, foi elaborado o questionário (Kano), de modo a obter uma adequada categorização dos requisitos seleccionados. Neste sentido, os inquiridos foram convidados a classificar cada um dos requisitos segundo uma escala qualitativa (1. Gosto; 2. Tem de ser; 3. Neutral; 4. Posso tolerar; 5. Não gosto), revelando posteriormente como se sentiriam face à ausência e presença de cada um destes requisitos (análise funcional e disfuncional). Os resultados do questionário permitiram a classificação de cada um dos requisitos dentro de uma das seguintes 5 categorias possíveis: Obrigatório, Unidimensional, Atraente, Indiferente ou Questionável.

4. Resultados e Conclusões Relevantes

A primeira versão do protótipo foi implementada em C + + e com IrrAR (Nightsoft company, 2008), biblioteca de código aberto. O editor foi desenvolvido com o Microsoft Visual Studio 2010, tendo como linguagem base C# e utiliza a Framework XNA 4.0. Os modelos estão em formato OBJ, embora possam utilizados outros. Alguns dos modelos foram melhorados (inseridas texturas) no Maya 8.0. As texturas devem ter a mesma resolução (número de pixels) para a largura e a altura, sendo evitadas grandes dimensões. Este pormenor é relevante uma vez que a aplicação deve de ser capaz de correr em máquinas com menor poder de processamento e memória. A aplicação está a ser testada em um laptop Toshiba Satellite 500, Intel Core i5-430M (2.26GHz/2.53 Turbo GHz), TFT 13,3 TB "WXGA, 4GB DDR3 1.066MHz, 500GB, NVidia GeForce GT 310M. Para a visualização recorremos aos óculos para RA, nomeadamente iWear920 da Vuzzix.

Os resultados indicam que o produto VRINMOTION deverá predominantemente: (1) Ser competitivo nos requisitosUnidimensionais (requisitos que quanto mais presentes estiverem, maior satisfação geram nos clientes) (2) Permitir “encantar” os clientes, apostando no preenchimento de alguns dos requisitos Atraentes(aqueles que permitirão alcançar diferenciação do novo produto no mercado).

Os requisitos prioritários considerados foram: 1) Ser fácil de utilizar; 2) Permitir personalizar/manipular os objectos/mobiliário no momento de apresentação ao cliente; 3) Ser leve e portátil; 4) Permitir alertar algumas dimensões do mobiliário/objectos em tempo real; 5) Conseguir transmitir os pormenores de acabamento; 6) Ser compatível com o software mais utilizado na área; 7) Ter alta qualidade de visualização – foto realismo; 8) Apresentar a escala real dos objectos e dos espaços; 9) Projectar catálogos virtualmente; 10) Permitir visualização simultânea pelo utilizador e técnico de apoio; 11) Permitir simular iluminações, sombras e reflexos; 12) Não ter fios.

Destacamos alguns aspectos relevantes quanto às expectativas dos potenciais utilizadores, nomeadamente a facilidade e simplicidade do sistema VRINMOTION, a interacção com os objectos sintéticos do mobiliário. Outro aspecto a realçar é a necessidade da ergonomia do sistema, visto que segundo os participantes, este deverá ser compacto, leve e portátil, não comprometendo, desta forma, o desempenho do mesmo.

5. Trabalho Futuro

O trabalho futuro contempla a geração de RA no visualizador utilizando a abordagem sem marcas, a implementação das demais funcionalidades pendentes no editor e a melhoria das interfaces com o utilizador final, como um todo. Essa melhoria será baseada nos resultados obtidos a partir da avaliação do estudo de usabilidade, inserido em todas as fases de desenvolvimento do produto.

Nesta fase do projecto, após a avaliação dos resultados da primeira etapa de análise, que reflectiu o desenvolvimento conceptual e criação dos protótipos iniciais, segue-se a implementação de uma avaliação heurística (inspecção da interface com especialista da área) e testes empíricos de usabilidade (com potenciais utilizadores finais), de forma a se avançar com a execução do design de interacção para corrigir possíveis problemas detectados.

A nível de tecnologia, pretende-se avaliar a utilização do VRINMOTION em plataformas com características técnicas bem distintas – óculos de RA e Pads.

Alguns dos principais desafios futuros incluem a representação gráfica com razoável realismo, dos objectos a serem inseridos na imagem captada do mundo real. Como a iluminação no mundo real não pode ser totalmente controlada ou prevista, o modelo sintético é processado de acordo com um modelo fixo de iluminação, que pode não coincidir com o que realmente existe no mundo real (posição das fontes de luz, intensidade, orientação, cor, etc.). Outra questão sensível é que o factor de escala do modelo sintético que deve ser processado de acordo com a posição e distância do ponto de vista do utilizador final e proporcional ao tamanho dos objectos reais que estejam próximos. Estes aspectos devem ser devidamente controlados. A oclusão das marcas pode causar efeitos indesejáveis e a capacidade de processamento do hardware pode trazer graves impactos no desempenho global do sistema (cintilação da imagem e instabilidade), especialmente quando o objecto sintético apresenta um elevado grau de detalhe.

Em termos de RA sem marcas, muitos outros desafios ainda podem ser adicionados. Como o reconhecimento de formas e/ou posições deve ocorrer de forma automática, a exigência e complexidade algorítmica ainda constitui uma grande limitação técnica.

Referências