Imersão e Interatividade em Ambientes Virtuais de - Latec-UFRJ

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Imersão e Interatividade em Ambientes Virtuais de - Latec-UFRJ
Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008
Imersão e Interatividade em Ambientes Virtuais de Aprendizagem
para Educação a Distância, com uso de Games e Realidade Virtual
Vânia Marins 1
Cristina Jasbinscheck Hauguenauer 2
Gerson Cunha 3
1, 2
3
Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação
Escola de Comunicação - Universidade Federal do Rio de Janeiro
www.latec.ufrj.br – e-mail: [email protected]
Grupo de Realidade Virtual aplicada - Laboratório de Métodos Computacionais em
Engenharia - COPPE - Universidade Federal do Rio de Janeiro
www.lamce.coppe.ufrj.br - e-mail [email protected]
Resumo
Este artigo apresenta um estudo envolvendo conceito de objetos de aprendizagem e
a tecnologia de motores de jogos (game engines), aplicados à Educação a Distância
Online (EAD Online). O estudo apresentado faz parte de um projeto de pesquisa
mais amplo, desenvolvido em parceria entre o Laboratório de Pesquisa em
Tecnologias da Informação e da Comunicação (LATEC/UFRJ) e o Grupo de
Realidade Virtual aplicada do Laboratório de Métodos Computacionais em
Engenharia (GRVa/LAMCE) envolvendo Ambientes Virtuais de Aprendizagem,
Games e Realidade Virtual. São analisados os aspectos que envolveram
desenvolvimento de um protótipo com utilização do Unreal Game Engine. Palavras-chave: Ambientes Virtuais de Aprendizagem, Realidade Virtual, Games,
Jogos Educativos, Educação a Distância.
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Immersion and Interactivity in Virtual Learning Environments for
Distance Learning, using Games and Virtual Reality
Abstract
This article presents a study of the concept of applying learning objects and game
engines to Online Distance Learning. The study presented is part of a broader
research project, developed in partnership between the Laboratory for Research on
Information and Communication Technologies (LATEC / UFRJ) and the Group of
Applied Virtual Reality from the Laboratory for Computational Methods in Engineering
(GRVa /LAMCE), from the Federal University of Rio de Janeiro, involving Virtual
Learning Environments, Games and Virtual Reality. Aspects that involved developing
a prototype using the Unreal Game Engine are also analyzed.
Keywords: Virtual Learning Environments, Virtual Reality, Games, Distance
Education.
Introdução Embora ainda com altos índices de evasão, a EAD Online vem se mostrando uma
resposta viável às demandas atuais por educação. A qualidade do material didático
utilizado em contextos de EAD Online tem se beneficiado dos recursos
computacionais e das Tecnologias da Informação e da Comunicação (TICs) os quais
são fortes aliados para a redução desses índices.
Pensadores como Lévy (1999) e pesquisadores da área de educação como Clark
(2006) e Gee (2006) apontam para o uso de simulações e realidades virtuais
(games), como possibilidades de aproveitamento dos recursos computacionais
disponíveis e conseqüente melhoria da qualidade dos materiais didáticos em
contextos educativos ou EAD Online.
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Neste artigo, objetivamos destacar a necessidade de pesquisar, desenvolver e
aplicar métodos de engenharia de software e de design de games para a criação de
uma metodologia para ambientes/objetos de aprendizagem, interativos e imersivos,
os games, para EAD Online. Essa metodologia deve prever a utilização de motores
de jogos (game engines), equipes interdisciplinares de desenvolvimento e valorizar a
atuação do professor-autor, dando suporte à sua participação nas equipes
desenvolvedoras de materiais didáticos.
Educação Online e a Motivação para Aprender
Instituições de educação, em todo o mundo, buscam oferecer ou já oferecem cursos
a distância. Os cursos e os programas à distância têm se mostrado como a resposta
mais adequada às exigências de educação e formação no mundo moderno. A
possibilidade de estudar em “anytime, anywhere and anypace” é bastante atraente e
torna-se viável com os recursos das TICs.
Contudo, o alto índice de evasão de alunos, já esperado em EAD Online, assinala a
necessidade de aprofundamento das pesquisas em torno de novas tecnologias,
técnicas e metodologias. Segundo Clark (2006) os altos índices de evasão em EAD
Online não devem ser considerados necessariamente sinal de fracasso, pois, a
modalidade a distância, centrada no aluno, encoraja a flexibilidade de acesso,
permitindo entrar e sair a qualquer momento. Segundo ele, várias podem ser as
razões para a evasão, até mesmo razões pessoais que nada tenham a ver com os
métodos utilizados. Por outro lado, os índices podem apontar para uma relação
tênue entre a instituição e o aluno ou uma certa frustração com os métodos
utilizados e o material didático. Dada a afirmação de Clark (2006) de que a qualidade do material didático pode
influenciar a decisão do aluno em abandonar o curso, e como esta é a possibilidade
de intervenção mais próxima da área de atuação do professor, pesquisar novas
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técnicas e métodos para a criação de material didático para EAD Online, tendo em
vista elevar a motivação do estudante (2006) e assim baixar os índices de evasão, é
a opção mais indicada.
Lucena (2000) observa que o maior problema encontrado por professores que
desejam desenvolver materiais didáticos para EAD Online, utilizando as TICs, é o
aprendizado de linguagens de programação ou de softwares de autoria, necessários
a essa tarefa. Nessa mesma linha de pensamento, Fuks (2000) afirma que, “para
desenvolver conteúdos atraentes são necessários, além do conhecimento do tema,
habilidades pedagógicas e de design gráfico”, um conjunto de habilidades que não
fazem parte da formação dos professores. Nesse sentido, faz-se necessário o
desenvolvimento de soluções e de técnicas para instrumentalizar o professor – autor.
Material didático para EAD Online e Games como Ambientes de
Aprendizagem
Lèvy (1999) afirma que “toda e qualquer reflexão séria sobre o devir dos sistemas de
educação e formação na cibercultura deve apoiar-se numa análise prévia da
mutação contemporânea da relação com o saber”; segundo ele, as tecnologias
intelectuais suportadas pelo ciberespaço (TICs) ampliam, exteriorizam e alteram
muitas funções cognitivas humanas, como memória (bancos de dados e
hipertextos),
imaginação
(simulações),
percepção
(ambientes
interativos
e
imersivos) e raciocínio (inteligência artificial), além de favorecer novas formas de
acesso à informação.
A EAD Online é modalidade de educação que mais tem se apropriado dos recursos
das TICs. Isso se dá principalmente pela facilidade de acesso a conteúdos, a
informações e a ferramentas de comunicação que a Internet oferece. Porém, muitas
das suas potencialidades permanecem ainda pouco exploradas, principalmente
quando se trata da utilização de ferramentas computacionais para a criação de
materiais didáticos.
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É notável, em instituições como a Rede Internacional Virtual de Educação (RIVED),
o interesse despertado pelos objetos de aprendizagem interativos. Esse tipo de
aplicações é respaldado pelas teorias de aprendizagem construtivistas, que
defendem a idéia de que o conhecimento é construído a partir das interações das
pessoas com o meio em que vivem e com os objetos que as cercam.
As afirmações de Swales (2003) de que os materiais didáticos para o EAD Online
devem seguir uma abordagem focalizada no estudante, em vez de uma abordagem
tradicional, focalizada no conteúdo dos livros, também sugerem um uso mais
interativo e imersivo das TICs. A chave é o estudante. Ele precisa se sentir envolvido
e motivado pelos materiais, e se apropriar das competências e dos conhecimentos
que eles oferecem. Uma linha de investigação, ainda pouco explorada no Brasil, capaz de contribuir
significativamente para a EAD Online, é a dos ambientes/sistemas interativos e
imersivos (realidades virtuais), os games. A idéia do uso de games em atividades
educativas tem sido defendida por pesquisadores como Gee (2006) e Clark (2006).
O primeiro afirma que, embora os games sejam bastante complexos, principalmente
para iniciantes, seus jogadores aprendem sem o auxílio de professores e ainda
pagam por isso; o segundo explica que isso se dá porque os designers de bons
games descobriram métodos de incentivar as pessoas a aprender e a gostar de
aprender – “No teacher, no guidance, just pure learning”.
Clark (2006) enumera os seguintes aspectos pedagógicos observados na
concepção dos games: (1) metas e submetas; (2) aprendizado através dos erros; (3)
reforço; (4) feedback; (5) colaboração, à medida que os games podem ser jogados
por vários jogadores ao mesmo tempo, em rede ou em um mesmo computador ou
console de videogame, desde que esse possua a opção de multiusuário
(multiplayer). Essa capacidade está alinhada com as teorias de aprendizagem que
indicam a colaboração e a socio-interação (Vygotsky, 1987) como estratégias de
aprendizagem em EAD Online; (6) aprendizagem centrada no aprendiz; (7) Zona de
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Desenvolvimento Proximal. A noção de Zona de Desenvolvimento Proximal foi
introduzida pelo pensador russo Lev Vygostky (1987); segundo ele, o ensino eficaz
não é o que espera o desenvolvimento cognitivo completo; mas aquele que se
antecipa ao mesmo, impulsionando-o. Tal idéia está presente na concepção dos
games, à medida que eles permitem aos jogadores começarem a agir antes mesmo
de estarem totalmente competentes para a tarefa (Clark, 2006c).
Os games também permitem que os aprendizes explorem ambientes, processos ou
objetos através da interação e da imersão, ou seja, dentro do próprio ambiente de
estudo. Dessa forma, eles experimentam o conhecimento de forma interativa e
aprendem um assunto a partir de sua imersão no próprio contexto deste assunto.
Esta proposta de pesquisa parte da afirmação de Levy (1999) e Clark (2006b), de
que a motivação para aprender está diretamente relacionada com a qualidade do
material didático e com a diminuição dos índices de evasão. Ela está alinhada com
a proposta de utilização de objetos de aprendizagem interativos e imersivos
(realidades virtuais), games, em cursos a distância, visando melhorar a qualidade
dos materiais didáticos e assim aumentar a motivação de aprender.
Um game para uso educativo é um produto de software cujo desenvolvimento
envolve uma equipe de profissionais com competências em diversas áreas. Laurel
[9] afirma que o designer de tais sistemas precisa ser um superdesigner com as
habilidades de um engenheiro, de um artista e de um psicólogo. No caso específico
de sistemas interativos para a educação, o designer também precisa ter
conhecimentos pedagógicos, pois o sistema deve se fundamentar em alguma teoria
de como as pessoas aprendem (santos, 2003).
Contudo, segundo mesmo um design que integre essas competências e habilidades
não teria sentido sem a participação do professor, pois é a autoria dele que vai dar o
acabamento final ao projeto. Assim sendo, é preciso também prever sua
participação, abrindo espaço para sua criatividade e seu saber pedagógico (Marins,
2003).
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Uma metodologia para sistemas interativos e imersivos para EAD Online, que
contemple a interdisciplinaridade exigida e a participação criativa do professor-autor,
no contexto desta pesquisa, é definido por quatro elementos principais, a saber: (1)
interação humano computador (IHC) e engenharia de software; (2) design de games;
(3) design instrucional para EAD Online e (4) autoria do professor.
Para dar forma à utilização dos games em educação foram selecionados: (1) o
conceito de Objetos de Aprendizagem, que podem ser entendidos, segundo Bettio
apud Martins (2003), como um pedaço reutilizável de informação independente de
mídia, construído com início, meio e fim, cuja maior vantagem é a sua capacidade
de reutilização. Neste estudo, adotamos o padrão recomendado pela RIVED – Rede
Internacional Virtual de Educação – um programa da Secretaria de Educação a
Distância – SEED, ligado ao MEC, que tem por objetivo a produção de conteúdos
pedagógicos digitais na forma de objetos de aprendizagem, e (2) a utilização de
motores de jogos digitais. Os games engines foram escolhidos por atender aos
seguintes requisitos: (2.1) encapsular códigos que podem ser reutilizados para
diversos projetos com alguma semelhança entre si; (2.2) permitir uma perfeita
integração entre os recursos de arte (modelos, imagens, texturas, sons etc.) e a
programação; (2.3) tornar o desenvolvimento o mais independente possível de
plataformas e tecnologias; (2.4) fazer com que a aplicação seja capaz de maximizar
o uso dos recursos de hardware disponíveis (GPU, processamento distribuído,
hardware de áudio etc.); (2.5) permitir gerenciamento de projeto e (2.6) disponibilizar
mecanismos de suporte à autoria do professor.
Desenvolvimento do Protótipo
Com o objetivo de avaliar ferramentas e metodologias para a construção de
Ambientes Virtuais de Aprendizagem utilizando os recursos da realidade Virtual, foi
desenvolvido um protótipo utilizando o game engine do jogo Unreal Tournament
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(Unreal Game Engine), cuja escolha se deu principalmente pelo fato de ser
disponibilizado gratuitamente para uso educativo.
O protótipo foi desenvolvido para utilização no contexto de uma disciplina de
Educação Artística e tem como objetivo instrucional oferecer ao aluno uma
experiência imersiva em um ambiente surrealista com quadros de Salvador Dali.
Esse estudo faz parte de um projeto de pesquisa mais amplo, desenvolvido em
parceria entre o Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da
Comunicação (LATEC/UFRJ) e o Grupo de Realidade Virtual aplicada do
Laboratório
de
Métodos
Computacionais
em
Engenharia
(GRVa/LAMCE)
envolvendo Ambientes Virtuais de Aprendizagem, Games e Realidade Virtual.
Estrutura do Game
O game desenvolvido é composto por um único nível, onde o aluno “caminha” por
um cenário de deserto, inspirado no quadro “Persistência da Memória”, e encontra
elementos que remetem a outras obras de Dali como, por exemplo, uma árvore em
chamas inspirada no quadro “Girafa em Chamas”, olhos flutuantes no céu, extraídos
do quadro “Olho”, dentre outros. A figura 1 mostra a imagem da área de trabalho do
game engine e a figura 2, uma tela do ambiente do game. As figuras 3, 4 e 5
mostram as telas de Dali citadas acima.
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Figura 1: Área de trabalho do
Unreal Game Engine.
Figura 3: “Persistência da
Memória”.
Figura 2: Tela do game visualizada no
computador pessoal.
Figura 5: “Olho”.
Figura 4: Girafa em
Chamas”.
Avaliação e Teste do game
O
protótipo
de
game
foi
testado
na
sala
de
visualização
do
GRVa/LAmce/Coppe/UFRJ, como é ilustrado na figura 6, a fim de se verificar a
possibilidade de utilização de games desenvolvidos com motores de jogos em salas
de visualização ou caves. A sala de visualização utilizada possui as seguintes
características: (1) 7,0 metros de comprimento por 3,5 metros de largura; (2) cluster
de computadores Xeon de 4 Gb de memória RAM, placa de vídeo NVIDIA FX 4500;
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(3) projetores de 3.500 NSI Lumens; (4) HoloSpace com 2 telas medindo 3x3
metros, cada mono podendo trabalhar em estéreo; (5) Tela para projeção em
estéreo. A navegação no ambiente do game se faz através de um controle remoto
manual semelhante ao que é utilizado em equipamento doméstico como DVD ou TV,
não sendo necessário nenhum conhecimento técnico adicional para o usuário. Figura 6: Foto da sala de visualização do GRVa/LAmce/Coppe/UFRJ durante o
teste do game.
O teste do protótipo de game, na sala de visualização, confirmou a hipótese de
flexibilidade do sistema, que pode ser utilizado tanto no computador pessoal como
na sala de visualização, sem requerer adaptações no software.
A utilização do protótipo na sala de imersão resultou num aumento significativo no
potencial afetivo e cognitivo do game. Essa constatação assinala a necessidade de
pesquisar mais a fundo as diferenças em termos de cognição e de aprendizagem em
função do grau de imersão e o tipo de ambiente imersivo a que está submetido o
usuário.
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Considerações finais
A definição de uma metodologia para a criação de games educativos é o primeiro
passo para a evolução e a expansão do uso de Realidade Virtual em Educação,
uma resposta possível aos questionamentos de Lèvy aos pesquisadores que se
interessam por Educação e são sensíveis às potencialidades introduzidas pelas
TICs.
Os resultados parciais desta pesquisa revelam a necessidade de desenvolver uma
metodologia para aplicações de Realidade Virtual em Educação no formato de
ambientes/sistemas interativos e imersivos, games, como objetos de aprendizagem
que: (1) desenvolva novos conceitos de engenharia de software aplicáveis a esses
sistemas; (2) seja capaz de instrumentalizar o professor-autor; (3) inclua aspectos
interdisciplinares (IHC, engenharia de software, design, arquitetura, design de
games, cinema, psicologia, design instrucional, teorias pedagógicas aplicáveis nesse
contexto, dentre outros); (4) permita diferentes estilos de aprendizagem [13]; (5)
ofereça alternativas em software livre; (6) desenvolva uma arquitetura modular de
design para os ambientes e objetos, prevendo sua reutilização e padronização em
todos os níveis; (7) aproveite a capacidade multiplayer dos games como proposta de
aprendizagem colaborativa.. A análise do desempenho do protótipo desenvolvido aponta para a necessidade de
avaliar outros motores de jogos (games engines) e validar a metodologia proposta
tanto com o professor-autor quanto com os estudantes. A análise da utilização do
protótipo na sala de visualização permite concluir pela necessidade de pesquisar
mais a fundo as diferenças em termos de cognição e aprendizagem em função do
grau de imersão e do tipo de ambiente imersivo utilizado.
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Agradecimentos
Agradecemos, à coordenação do GRVa/LAMCE/COPPE/UFRJ a permissão para
utilizar a sala de visualização e, ao técnico César Costa, por ter participado na
instalação do protótipo. Referências Bibliográficas
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Volume 1- no 2- Julho/Dezembro de 2008
Sobre os Autores
Vânia Marins Nobre
Graduada em Arquitetura e Urbanismo pela Universidade
Federal Fluminense (1982), Mestre em Informática pela
Universidade Federal do Rio de Janeiro (2003), com dissertação
sobre interfaces para Educação a Distância. Atualmente é
coordenadora da disciplina de Introdução à Informática dos
cursos de graduação a distância oferecidos pelo Consórcio
CEDERJ, das disciplinas de Informática Educativa I e II do curso
de pós-graduação em Novas Tecnologias no Ensino de
Matemática e da disciplina de Mídias e Ambientes Virtuais do
curso de pós-graduação em Planejamento, Implementação e
Gestão da Educação a Distância oferecidos pela
UFF/UAB/CEDERJ. Possui experiência em design instrucional
para Educação a Distância atuando nesta área desde 2004. Cristina Jasbinschek Haguenauer
Graduada em Engenharia Civil pela UERJ (1985), Mestre em
Engenharia pela PUC-RJ (1988) e Doutora em Ciências e
Engenharia pela UFRJ (1997). Professora Associada da Escola
de Comunicação da UFRJ; atua em ensino, pesquisa e
consultoria na área de Tecnologias da Informação e da
Comunicação, com foco em Educação a Distância, Capacitação
Profissional, Formação Continuada, Hipermídia, Jogos
Educativos, Ambientes Virtuais de Aprendizagem, Portais de
Informação e Realidade Virtual. Coordenadora do Laboratório
de Pesquisas em Tecnologias da Informação e da Comunicação
- LATEC/UFRJ.
Gerson Gomes Cunha
Doutor em Engenharia Civil pelo Programa de Engenharia Civil
da COPPE/UFRJ (2004), Mestre em Engenharia Civil pelo
Programa de Engenharia Civil da COPPE/UFRJ (1991),
Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do
Rio
Grande
do
Sul
(1985).
Atualmente
é
Engenheiro/Pesquisador da Universidade Federal do Rio de
Janeiro, Sócio Gerente da Simset Tecnologia de Simulação
Ltda., Pesquisador Participante do Fundação COPPETEC.
Coordenador do Grupo de Realidade Virtual aplicada do
Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia
(GRVa/LAMCE/COPPE/UFRJ). Tem experiência na área de
Ciência da Computação, com ênfase em Metodologia e
Técnicas da Computação. Atuando principalmente nos
seguintes temas: Realidade Virtual, Computação Gráfica,
Plataformas Flutuantes, Exploração de Petróleo.
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