Autor: Prof. Almir Pereira de Omena Neto | Publicado: 2015-07-14T10:34:00-07:00





CONSTRUÇÃO DE AMBIENTES EDUCACIONAIS COM 
REALIDADE AUMENTADA: PROCESSO CENTRADO NO 
USUÁRIO



Paula Teixeira Nakamoto, Instituto Federal do Triângulo Mineiro, 
paula@iftriangulo.edu.br
Gilberto Arantes Carrijo, Universidade Federal de Uberlândia, gilberto@ufu.br 
Alexandre Cardoso, Universidade Federal de Uberlândia, alexandre@ufu.br&nbsp;



Resumo:Nos últimos anos, uma proliferação de novas tecnologias vem surgindo para 
melhorar/facilitar o ensino e a assimilação das informações. Uma dessastecnologias é 
a  Realidade  Aumentada  -  RA  que  enriquece  o  ambiente  físico  (real)  com  objetos 
virtuais. No entanto, é notavelmente maior a complexidade em projetá-los e usá-los do 
que interfaces/softwares 2D, onde o usuário, na maioria das vezes, já está habituado 
com  as  tecnologias.  Projetistas  de  ambientes  educacionais  com  RA  precisam  de 
diretrizes para tornar esses sistemas mais usáveis e diminuir assim a carga cognitiva, 
pois  as  orientações  convencionais  para  construção  de  softwares,  somente  estão 
disponíveis  para  ambientes  2D.  Dessa  forma,  este  trabalho  tem  o  objetivo  de 
apresentar  uma  investigação  que  resultou  em  uma  metodologia  de  Análise  de 
Requisitos,  específica  para  construção  de  objetos  educacionais  com  RA, que  visa 
estudar o modo como o usuário se comporta com as novas tecnologias usadas em RA 
(câmeras, capacetes, marcadores) e a junção do real com o virtual, construindo uma 
metodologia totalmente centrada no usuário.&nbsp;

Palavras-chave: Objetos  de  Aprendizagem,  Interação  Humano-Computador, 
Engenharia de Usabilidade, Realidade Aumentada, Análise de Requisitos.&nbsp;



Abstract: In  the  last  years,  a  proliferation  of  new  technologies  has  appearing  to 
improve/facilitate the instruction and the assimilation of the information. One of those 
technologies is the Augmented Reality AR that enriches the physical (real) environment 
with virtual objects. However, it is substantially larger the complexity to project and use 
them than 2D interfaces/softwares, where the user, most of the time, already habituated 
with  the  technologies.  The  AR  environment  educations  designers  needs  guidelines  to 
convert  these  system  more  usable  and  thus  reduce  the  cognitive  weight,  because  the 
conventional  orientations  to  software  development  are  only  available  for  2D
environment. AR engineers needs guidelines to aid them in the development of those 
emerging systems, because the conventional orientations are only available for the 2D 
environments. In that way, this work has the objective to present an investigation that 
resulted in an methodology of Requirements Analysis, specific to thedevelopment of AR 
education  objects,  tthat  seeks  to  study  the  way  as  the  user  behaves with  the  new 
technologies used in AR (cameras, helmets, markers) and the join of the real with the 
virtual, building an usable methodology and totally centered in the user.&nbsp;


Key-words: Environment  Educations,  Human-Computer  Interaction,  Usability 
Engineering, Augmented Reality, Requirements Analysis.&nbsp;



INTRODUÇÃO&nbsp;

Nos  últimos  anos,  uma  proliferação  de  novos  sistemas  vem  surgindo  para 
melhorar/facilitar o ensino e a assimilação das informações(Laudon &amp; Laudon, 2007). 
Pesquisas  recentes, (Bastos,  2007),  (Schoenfelder  &amp;  Schmalstieg,  2008) mostram que 
muitos  desses  ambientes  educacionais  tem  sido  desenvolvidos  com as  mais  novas 
tecnologias  do  mercado.  Uma  dessas  tecnologias  emergentes  que  esta  sendo  muito 
utilizada para o ensino chama-se Realidade Aumentada (RA), queé a sobreposição de 
objetos  virtuais  tridimensionais,  gerados  por  computador,  em  um  ambiente  real,  por 
meio  de  algum  dispositivo  tecnológico.  RA  enriquece  o  ambiente  físico  com  objetos 
virtuais, ampliando o entendimento do ambiente real. Esses sistemas podem ser usados 
tanto  em  plataformas  sofisticadas  quanto  em  plataformas  populares  e  estão  sendo 
utilizados  em  várias  áreas,  como:  ensino,  marketing,  indústria,  saúde  e  etc.  (Swan  &amp; 
Gabbard, 2005). 
Apesar  do  aumento  na  utilização  de  ambientes  de  RA,  eles  apresentam, 
principalmente, no ensino e aprendizagem, um grande desafio: projetar interfaces para o 
usuário,  pois  projetistas  de  RA  não  tem  estabelecido  um  conjunto  de  diretrizes  ou 
heurísticas  para  ajudar  na  implementação.  (Jeon  et  al.,  2006),  (Kulas  et  al.,  2004), 
(Fernandes &amp; Sanches, 2008), (Vanderdonckt et al., 2004), (Bonanni et al., 2005). 
Segundo  Wang  &amp;  Reevers  (2007)  a  usabilidade  não  tem  recebido  um  foco 
adequado, não se preocupando com os diferentes usuários e suas diferentes capacidades 
na  utilização  das  tecnologias.  Muitos  designers instrucionais  criam  objetos  de 
aprendizagem sem se preocuparem se esse recurso é adequado para  o público que vai 
utilizá-lo. Eles também, não se preocupam, em realizar umapesquisa, uma análise de 
requisitos antes da construção do software, deixando muitas vezes, a avaliação, somente 
para o final do desenvolvimento do software, o que é muito mais complicado e oneroso. 
Costabile et al. (2005) afirmam que aplicações para o ensino, tais como, objetos de 
aprendizagem, devem ser fáceis de serem usadas. Caso contrário, o tempo do estudante 
será  desperdiçado  com  a  aplicação,  ao  invés  de  ser  aproveitado  para  aprendizagem. 
Costabile et al. (2005) complementam que pessoas se recusam a usar uma interface de 
um sistema que seja rígida, lenta e desagradável e acabaminterrompendo o curso. Essa 
facilidade de uso está relacionada à usabilidade. 
A usabilidade deve ser trabalhada desde a criação do projeto,mas desenvolvedores 
muitas  vezes  não  possuem  recursos  suficientes,  tempo  ou  conhecimentos  adequados 
para identificar as necessidades de usabilidade de todos os usuários potenciais (Roger et 
al., 2007). Porém, essa consciência é parte importante do processo  de desenvolvimento 
do  software (Engenharia  de  Usabilidade) e exige  mais estudo e atenção daqueles  que 
desenvolvem os ambientes de aprendizagem. 
Quando examinadas várias abordagens de engenharia de usabilidade tradicionais e 
especificadamente projetos e atividades de avaliação, na maioria dos casos, atividades 
de  projeto  são  alavancadas  por  metáforas  existentes,  guias  ou  padrões.  Contudo,  em 
casos  onde  a  tecnologia  provê  abordagens  modernas  para  interação  dos  usuários  ou 
fundamentalmente altera o modo dos usuários perceberem o espaço de interação, como 
acontece  com  RA,  projetistas,  frequentemente,  pouco  compreendem  as ramificações 
perceptivas ou cognitivas do projeto, não sabendo como cada usuário irá seadaptar às 
condições do ambiente do sistema (como manipulação de ambientes  reais e virtuais ao 
mesmo tempo, uso de capacetes, uso de câmeras de vídeo, marcadores e etc.). Como resultado, processos/metodologias são necessários para ajudar os projetistas 
de  novas  tecnologias,  como  RA,  a  criar  e  avaliar  os  projetos,  ganhando  um  melhor 
entendimento  dos  efetivos  parâmetros  e  determinando  em  que  condições  esses 
parâmetros devem ser aplicados. Sem esses processos, aplicações desenvolvidas usando 
a engenharia de usabilidade tradicional podem ou não melhorar a usabilidade do sistema 
(Amado, 2007). 
Então, para facilitar o desenvolvimento desses sistemas educacionais e aumentar a 
sua usabilidade, esse trabalho, em andamento, apresenta a criação de uma metodologia 
de  análise  de  requisitos  específica  para  construção  de  objetos  educacionais  com  RA. 
Logo, para que isso seja possível o projeto deve ser totalmente centrado no usuário, pois 
na análise do domínio um dos maiores ganhos é entender o ponto de vista  do usuário. 
Vale  salientar  que  este  trabalho  faz  parte  de  um  trabalho  maior  que  envolve  o 
estabelecimento de um guia que ajudará os engenheiros de usabilidade adecidir como 
proceder na escolha da interface e dos equipamentos utilizados noambiente. 
Este artigo está organizado da seguinte forma. Na segunda seção faz-se uma breve 
descrição  sobre  Realidade  Aumentada.  A  terceira  seção  traz  algumas  considerações 
sobre  a  importância  da  Usabilidade  e  Engenharia  de  Usabilidade.  A  quarta  seção 
demonstra  uma  proposta  de  metodologia  de  análise  de  requisitos  para  RA  e  a  quinta 
seção resume o estudo de caso realizado e apresenta alguns resultados iniciais. Por fim, 
na sexta seção, encontram-se as conclusões.&nbsp;

2  REALIDADE AUMENTADA&nbsp;

A  Realidade  Aumentada  -  RA  é  um  caso  particular  das  realidades  mistas.  Estas 
conjugam  realidade  com  virtualidade,  seja  através  da  introdução  de  objetos  reais  no 
mundo virtual (virtualidade aumentada), seja adicionando objetos virtuais à realidade, 
(realidade  aumentada)  como  forma  de  complementar  em  lugar  de  substituir  (Azuma, 
1993).  No  entanto,  na  literatura  geralmente  encontra-se  o  termo  realidade  aumentada 
com o significado de realidade mista. A vantagem da RA é que  ela é um sistema que 
aumenta  a  quantidade  de  informações  disponíveis  aos  ambientes  existentes,  onde  as 
informações carregadas pelos objetos virtuais ajudam um usuário  a executar tarefas do 
mundo real (Swan &amp; Gabbard, 2005).&nbsp;

Os sistemas de RA podem ser classificados conforme o tipo de display utilizado. 
Os dois tipos mais utilizados são:&nbsp;

&nbsp;•  O sistema de visão ótica direta utiliza óculos ou capacetes comlentes que 
permitem o recebimento direto da imagem real, ao mesmo tempo em que 
possibilitam  a  projeção de  imagens  virtuais devidamente ajustadas com a 
cena real;&nbsp;

&nbsp;•  O  sistema  de  visão  por  vídeo  baseado  em  monitor  utiliza  uma  webcam 
(câmera  de  vídeo) para capturar  a cena  real.  Depois  de  capturada,  a  cena 
real  é  misturada  com  os  objetos  virtuais  gerados  por  computador  e
apresentada no monitor. Os objetos virtuais geralmente são gerados através 
dos marcadores de referência, possibilitando que o programador acrescente 
objetos virtuais sobre estes marcadores no mundo real. 
Dos dois tipos de sistemas de RA apresentados, o mais utilizado para a criação de 
ambientes educacionais (Zorzal et al., 2008; Luz et al., 2008) é o sistema de visão por 
vídeo,  pois  os  equipamentos  são  mais  acessíveis  e  mais  simples  de  serem  utilizados. 
Esses equipamentos, geralmente, estão disponíveis em todas as escolas e faculdades. Já no  sistema  de  visão  ótica  direta,  como  o  usuário  utiliza  um  capacete,  nem  todos  se 
adaptam  ao  sistema,  pois  na  sua  utilização  pode-se  constatar  em  algumas  pessoas 
cansaço, tontura ou perda de percepção de profundidade (Jones et al., 2008). 
Considerando  as  informações  anteriores,  é  extremamente  importante  fazer  uma 
apurada análise de requisitos e uma pesquisa comportamental dos usuários para escolher 
corretamente o tipo de sistema de RA que será utilizado e para superar alguns desafios 
da tecnologia, que são: 
•  Combinar os dispositivos de entrada/saída que melhor se adaptem àtarefa; 
•  Facilitar o seu uso e aprendizagem; 
•  Permitir um elevado desempenho do utilizador e uma inerente satisfação.&nbsp;

3  ENGENHARIA DE USABILIDADE&nbsp;

Um aspecto indispensável para o desenvolvimento de qualquer produto ou sistema 
é  a  preocupação  em  torná-los  o  mais  utilizável  possível.  Infelizmente,  muitos  dos 
sistemas não são pensados para os utilizadores reais, mas sim, para cumprir funções, o 
que  do  ponto  de  vista  do  funcionamento  do  produto  está  perfeitamente  bom.  Com o 
intuito  de  observar  melhor  as  necessidades  dos  utilizadores,  é  necessário  integrar 
parâmetros  ou  métodos  que  analisem  minuciosamente  o  usuário, testem  e  avaliem  os 
sistemas  durante  todo  o  seu  ciclo  e  não  somente  no  final  do  desenvolvimento,  bem 
como,  depois  de  implementado,  assegurando,  assim,  a  satisfação  da  maioria  das 
expectativas dos utilizadores (Preece et al., 2005). 
Logo, a Engenharia  de Usabilidade é  a  utilização de princípios  de engenharia de 
forma  a  obter  produtos  fáceis  de  utilizar,  economicamente  viáveis  e  que  suportem 
trabalho  real  de  uma  forma  eficaz,  eficiente  e  promovendo  a  satisfação  subjetiva. 
Usabilidade  é  um  dos  quesitos  mais  importantes  em  uma  interface,  uma  vez  que,  o 
sucesso  ou  fracasso  de  um  sistema  dependerá  de  fatores  como  a  facilidade  de 
aprendizado  do  usuário  no  uso  com  a  ferramenta,  flexibilidade  e  robustez  de  sua 
interação. 
A  norma  internacional  ISO  13407  (ISO,  1999),  Usability  Engineering, define 
Engenharia de Usabilidade e fornece orientações para atingir  a qualidade ao longo do 
ciclo de vida de sistemas interativos computacionais. Todavia,ela foi desenvolvida para 
ser  aplicada  em  ambientes  2D,  não  sendo  suficiente  para  garantir  um  alto  nível  de 
usabilidade em interfaces de tecnologias emergentes, como RA.&nbsp;

4  METOLOGIA PROPOSTA&nbsp;

A  metodologia  proposta  nesse  trabalho  foi  derivada  de  pesquisas  em  interação 
humano-computador,  Engenharia  de  Usabilidade  em  RA  e  objetos  de  aprendizagem. 
Elas  detalharam  as  fases  do  comportamento  interativo  e  exigências  de  design para 
apoiar  as  fases  do  processo.  Também  foi  derivada  de  experiências  com  o  usuário  na 
apresentação de novas tecnologias antes da realização da análise do domínio e de uma 
minuciosa análise de requisitos para avaliar o perfil do usuário que irá utilizar o objeto 
de aprendizagem. 
O  modelo,  apresentado  na  figura  1,  adota  e  incorpora  critérios  de  usabilidade, 
enfoque no usuário e iteratividade de projeto, assim como implicações no seu processo 
de desenvolvimento.&nbsp;




Figura 1. Análise de Requisitos para Ambientes de RA&nbsp;

O  modelo  de  Análise  de  Requisitos  para  sistemas  RA  adotado  é  composto  das 
etapas explicadas abaixo:
1.  Ambientes Genéricos de RA: É um banco de dados com vários exemplos 
de  ambientes  educacionais  implementados  com  RA.  No  banco  de  dados 
encontram-se  ambientes  com  a  utilização  de  capacetes  (sistema  de  visão 
ótica direta), ambientes com a utilização de  webcams (sistema de visão por 
vídeo) e ambientes com e sem a utilização de marcadores para a geração de 
imagens virtuais.
2.  Experiências  com  Usuário:  Essa  etapa  é  realizada  em  paralelo  com  a 
análise  do  perfil  do  usuário. O  projetista  escolhe  dois  softwares
educacionais do banco de dados de ambientes genéricos de RA. Um será do 
tipo visão ótica direta e o outro do tipo visão por vídeo ou dois do tipo visão 
por  vídeo.  Os  softwares  escolhidos  são  o  que  mais  se  assemelham ao 
sistema  que  será  desenvolvido.  Por  exemplo,  se  for  desenvolvido  um
software para a área da saúde, se disponível, será selecionado um ambiente 
da  mesma  área.  Esse  sistema  é  apresentado  para  um  pequeno  grupo  de 
estudantes que possuem o mesmo perfil dos estudantes que irão utilizar o 
ambiente educacional que será construído. Os detalhes do estudo do perfil 
do  usuário  serão  explicados  no  próximo  item.  O  projetista  analisa  o  seu
comportamento com a utilização de novas tecnologias e a manipulação das 
informações reais junto com as informações virtuais. Após a experiência do 
usuário com o ambiente, ele responderá um questionário. Essas informações 
facilitarão  o  desencadear  do  projeto,  pois  o  projetista,  conhecendo  o 
comportamento  do  usuário  com  a  tecnologia,  escolherá  o  tipo  correto  de 
ambiente  e  os  equipamentos  que  os  usuários  se  adaptarão melhor.  Enfim, 
será  desenvolvido  um  ambiente  educacional  que  necessitará  de  menos &nbsp;treinamento, será mais usável e específico para o grupo de usuários que irão 
utilizá-lo.
3.  Análise  do  perfil  do  usuário:  Para  cada  tipo  de  usuário  previsto,  os 
projetistas  devem  conhecer  seus  atributos  pessoais  (faixa  etária,  sexo, 
limitações,  motivação)  e  suas  habilidades  e  competências  (na tarefa,  na 
organização,  no  uso  de  capacetes,  na  utilização  de  ambientes  3D  e  em 
sistemas informatizados).
4.  Análise do contexto da tarefa: Para cada tarefa a ser apoiada pelo sistema, 
os  projetistas  devem  conhecer  os  objetivos  e  resultados,  a  estrutura,  a 
duração,  as  dependências,  os  custos,  a  carga  mental,  as  interrupções,  os 
incidentes etc. Por exemplo, a claridade do ambiente pode ter impactos na 
utilização de sistemas de RA. 
5.  Análise  das  capacidades  e  restrições  da  plataforma:  Devem  ser 
examinadas  as  possibilidades  e  restrições  em  termos  de  equipamentos 
(capacetes, webcam), sistemas operacionais e aplicativos disponíveis para o 
funcionamento  do  sistema.  Por  exemplo,  se  não  existe  capacete,  na 
experiência com o usuário serão escolhidos dois sistemas do tipo visão por 
vídeo. 
6.  Usabilidade: Nível de usabilidade esperado para o sistema de acordo com 
os  princípios  gerais  do  projeto.  Essa  especificação  é  feita  nos  termos  de 
valores  mínimos  admissíveis  para  os  fatores  básicos  de  usabilidade: 
eficácia, eficiência e satisfação do usuário, principalmente. 
7.  Guia  do  Projeto:  Registra  todas  as  decisões  tomadas  nas  atividades  da 
Análise  de  Requisitos  e  servirá  como  guia  para  a  construção  do  projeto, 
construção do protótipo, implementação do sistema e futuras avaliações do 
ambiente.

5  CONCLUSÕES
Uma  das  principais  contribuições  deste  trabalho  está  no  fato  de apresentar  uma 
metodologia  de  análise  de  requisitos  específica  para  construção  de  ambientes 
educacionais  com  RA.  Vale  ressaltar  que  uma  completa  e  específica  análise  de 
requisitos  impacta  positivamente  na  elaboração  de  qualquer  sistema,  sendo,  portanto, 
um  mecanismo  essencial  de  apoio  à  elaboração  de  objetos  educacionais.  Do  mesmo 
modo, essas orientações poderão contribuir para o processo de ensino e aprendizagem, 
pois tornarão os objetos de aprendizagem mais fáceis de serem usado. De modo geral, a 
falta e limitações de guias nortearam a necessidade de pesquisas na área e a criação de 
uma  metodologia  específica,  visto  a  grande  utilização  de  sistemas  de  RA.  Portanto, 
concentrar atenção na análise do domínio e no comportamento do usuário,claramente 
contribui para a qualidade dos sistemas de software. Vale salientar que a metodologia 
estabelecida neste trabalho ainda esta em desenvolvimento e quealém dela, pretende-se 
criar  um  guia  completo  para  auxiliar  os  projetistas  no  desenvolvimento  de  softwares 
educacionais com RA. Essa metodologia foi proposta seguindo a idéiacentral da norma 
padrão internacional ISO 13407 (ISO, 1999), que tem como princípio, focalizar desde o 
início os usuários e as tarefas que desenvolvem num determinado ambiente.

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Fonte: CINTED-UFRGS, Revista: Novas Tecnologias na Educação, V. 7 Nº 3, dezembro, 2009.