Desenvolvimento de jogos computadorizados para auxiliar a aquisição da base alfabética de crianças por Flávio Cezar Amate - Versão HTML

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UNIVERSIDADE DE S ˜

AO PAULO

ESCOLA DE ENGENHARIA DE S ˜

AO CARLOS

FL ÁVIO CEZAR AMATE

Desenvolvimento de Jogos

Computadorizados para Auxiliar a Aquisiç˜

ao

da Base Alfabética de Crianças

ao Carlos

2007

FL ÁVIO CEZAR AMATE

Desenvolvimento de Jogos

Computadorizados para Auxiliar a Aquisiç˜

ao

da Base Alfabética de Crianças

Tese apresentada à Escola de Engenharia de S˜ao

Carlos da Universidade de S˜ao Paulo, como parte

dos requisitos para obtenç˜ao do t´ıtulo de Doutor

em Engenharia Elétrica.

Orientadora: Profa Dra Annie France Frère Slaets.

ao Carlos

2007

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Dedicat´

oria

Dedico este trabalho à Deus e aos meus pais.

Agradecimentos

À DEUS, que sempre me abençoou e é presença constante na minha vida e no meu

coraç˜ao.

À Profa. Dra. Annie France Frére Slaets, orientadora deste trabalho, exemplo de uma

profissional brilhante e competente e que tanto contribuiu para meu crescimento cient´ıfico

e intelectual.

Ao meu amigo Clayton, pelas sugest˜oes e discuss˜oes que muito contribu´ıram durante

o desenvolvimento.

À Profa. Heloisa Amaral, que sempre comprometida na luta por uma educaç˜ao de

qualidade nos auxiliou nas quest˜oes didáticas que embasaram este trabalho.

À Profa. Tatiana Amaral e Prof. Luciano, pelo aux´ılio na avaliaç˜ao da aplicaç˜ao

pedagógica dos conceitos didáticos no trabalho.

À minha fam´ılia, que sempre acreditou na minha luta e me auxiliou e incentivou durante

todas as etapas dos meus estudos.

À minha esposa Andressa, pelos anos de convivência e apoio nos momentos dif´ıceis.

Aos meus amigos do Laboratório Clayton, Marcelo, Barreiro, Leandro, Silvia, Hamil-

ton, Luis, pelos estudos, pelas discuss˜oes e pelas oportunidades de trocas de experiências.

Aos amigos da secretaria da SEL: Marisa, Denise, Jussara, José Carlos, Cida, pessoas

que sempre pude contar.

Aos meus amigos do NPT: Luis Fernando, Andreia, Meire, Alessandro, Terigi, Jaque-

line, Gabriela, Helio, pelos aux´ılios durante as etapas de testes.

À todos os meus professores que fizeram parte da minha trajetória acadêmica, e princi-

palmente o Prof. Márcio Alexandre Marques, pelo apoio e incentivo no in´ıcio da pesquisa

e da pós-graduaç˜ao.

À Fundaç˜ao de Amparo a Pesquisa do Estado de S˜ao Paulo, pela concess˜ao da bolsa

de doutorado e aux´ılio financeiro que possibilitou o desenvolvimento desta pesquisa.

E finalmente, agradeço a todos aqueles que contribu´ıram de forma direta e indireta

para realizaç˜ao daquilo que um dia foi meu sonho e depois o trabalho da minha vida.

”Você pode aprender mais sobre uma pessoa em uma hora de brincadeira do que uma

vida inteira de conversaç˜ao”Plat˜ao

Resumo

O processo de aquisiç˜ao da leitura e escrita n˜ao é uma tarefa fácil quando se tratam de

crianças que apresentam dificuldades de aprendizagem. Nestes casos, é comum a busca pelo

aux´ılio quando elas já apresentam bloqueios relacionados às atividades escolares. Os softwa-

res educativos que apresentam os mesmos métodos utilizados na escola, ou s˜ao cópias digi-

talizadas de cartilhas, s˜ao identificados facilmente gerando novas frustraç˜oes nas crianças.

Neste trabalho foi concebido um ambiente que apresenta os conceitos pedagógicos basea-

dos na teoria sócio-contrutivista, de forma lúdica. Foi desenvolvido um jogo com interface

tridimensional e cenário ambientado em uma cidade com simulaç˜oes de atividades do coti-

diano da maioria das crianças. Para modelar os objetos e personagens do jogo foi utilizada

a ferramenta Blender utilizando como referências fotos e imagens geradas com a ferramenta

GIMP. As animaç˜oes dos personagens foram desenvolvidas com as técnicas de cinemática

que representam bem os ciclos de caminhada e de corrida, tornando a animaç˜ao mais

real´ıstica. Os programas para a game engine foram implementados com o interpretador

Python que permite controlar os objetos e a lógica do jogo. Essas técnicas proporcionam

uma interface gráfica tridimensional sofisticada e atraente. O jogo foi desenvolvido consi-

derando caracter´ısticas que o tornam lúdico para as crianças, como a implementaç˜ao de

fantasia controlada, desafios e propriedades que estimulam a curiosidade. Os conceitos pe-

dagógicos utilizados no jogo foram avaliados por pedagogos e psicólogos que consideraram

sua aplicaç˜ao adequada e significativa. A ludicidade do jogo foi testada com 37 crianças

analisando seus comportamentos frente as caracter´ısticas implementadas para tornar o

jogo atrativo. A vontade de todas elas de permanecerem jogando mais de que o tempo

estipulado e n˜ao se deixarem distrair por outras brincadeiras, mostrou o acerto do meio

escolhido para este trabalho. Em nenhum momento as crianças consideraram as atividades

como tarefas escolares. O conteúdo educativo permaneceu transparente aos jogadores que

enxergaram apenas uma atividade lúdica, podendo desse modo, facilitar a aprendizagem

das crianças desmotivadas pelos métodos tradicionais.

Palavras chaves: Modelagem Virtual, Simulaç˜ao Computacional, Jogo de Computador, e

Dificuldades de Aprendizagem

Abstract

The acquisition process of both reading and writing is not an easy task when it is under-

taken by children with learning difficulties. In such cases, search for help is common when

those children have already experienced some trauma associated with school activities.

Educational softwares that are based on such activities tend to be digital copies of textbo-

oks that are easily recognizable and which keeps bringing about the same frustrations for

children with learning difficulties. This paper aims at showing a ludic environment that we

developed and in which some pedagogical concepts were drawn on the social constructivist

theory. We came up with a game with 3D interface and a scenery game adapted in a city

containing simulations of daily activities that are familiar for the majority of children. In

order to create the model of the objects and characters for the game we used Blender, and

the photos and the images were created with Gimp tool. The characters’ animations were

developed by using direct kinematics and inverse kinematics, which represent the walk

cycles and run cycles as well as enable the generation of most of realistic animation. The

algorithms for the game engine were implemented with Python, that allows for controlling

both the objects and the game logic. These techniques provide 3D sophisticated graphics

and an attractive interface. The game was developed by using characteristics that turns

out to be playful for children, such as the implementation of controlled fantasy, challenges

and properties that stimulate curiosity. The pedagogical concepts employed in the game

were evaluated by pedagogues and psychologists who considered it adequate, significant

and useful. The ludic characteristic in the game was experimented with 37 children in order

to analyze their behavior towards the features that had been implemented to achieve an

attractive game. All of them wished to keep playing the game more than the allotted time,

and they did not get distracted from it, neither did they consider these activities as school

tasks. The educational content remained transparent for the players: as soon as they could

see a playful activity they started following the procedures, which has proved to be useful

to facilitate learning for the children unmotivated by traditional learning methods.

Keywords: Virtual Modeling, Computational Simulation, Computer Game, and Learning

Difficulties.

Lista de Figuras

3.1 (a) Jogo Need for Speed, interface em primeira pessoa; b) Jogo Prince of

Pérsia: As Areias do Tempo, interface em terceira pessoa . . . . . . . . . .

24

3.2 SimCity: (a) primeira vers˜ao do jogo, lançado em 1989; (b) SimCity 4

lançado em 2003 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

3.3 (a) Tela do jogo Sokoban; (b) Tela do jogo Tetris. . . . . . . . . . . . . . .

29

3.4 Tela do Jogo Diablo II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

3.5 Tela dos jogos: a) Baldur’s Gate; b) Neverwinter Night . . . . . . . . . . .

32

3.6 Tela do Jogo Ultima Online. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

3.7 Tela do Jogo Winning Eleven 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

3.8 Interface do VR-Engage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

3.9 Tela do Software Mestre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

4.1 Primitivas: (a) Primitivas geométricas básicas; (b) Exemplo de modelagem

orgânica com primitivas tipo meta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

43

4.2 (a) Uni˜ao de primitivas simples, (b) Modelo com malha virtual, (c) Novo

modelo convertido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

44

4.3 Exemplo de extrus˜ao: (a) primitiva inicial; (b) primeira extrus˜ao; (c) se-

gunda extrus˜ao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45

4.4 Exemplo de espelhamento: (a) vértices selecionados para espelhamento; (b)

os vértices em vermelhos foram duplicados e rotacionados em 180 graus . .

46

4.5 Exemplos de mapas de texturas: (a) modelo; (b)mapa por cubo; (c) mapa

por esfera; (d) projeç˜ao ortogonal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

4.6 Vértices pintados de vermelho, verde e azul, e o interior da face é preenchido

com interpolaç˜ao das cores nas extremidades de cada aresta. . . . . . . . .

48

4.7 Cinemática direta: O ponto P 1( x, y) é calculado de acordo com os valores

determinados por ( r 1 , θ 1), ( r 2 , θ 2) e ( r 3 , θ 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

4.8 Cinemática inversa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50

4.9 Representaç˜ao do esqueleto dividido em seis regi˜oes . . . . . . . . . . . . .

51

4.10 Ciclo de caminhada para animaç˜ao de humanos . . . . . . . . . . . . . . .

52

4.11 Exemplo de interatividade de um objeto por blocos lógicos SCA na Game

Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

54

5.1 Modelos dos produtos em vidros e enlatados. a) com textura e b) modo

aramado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

62

5.2 Seqüência de modelagem da garrafa de óleo . . . . . . . . . . . . . . . . .

63

5.3 Seqüência de modelagem das latas de refrigerantes . . . . . . . . . . . . . .

63

5.4 Produtos modelados em embalagens do tipo caixas . . . . . . . . . . . . .

64

5.5 Criaç˜ao da primitiva do tipo saco: a) primitiva caixa, b) malha virtual,

c) convers˜ao para malha e d) aplicaç˜oes de transformaç˜oes de escala nos

sentidos E 1 e E 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

64

5.6 Modelos dos produtos em embalagens do tipo saco . . . . . . . . . . . . . .

65

5.7 Seqüência de modelagem das prateleiras . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65

5.8 Modelo dos caixas do supermercado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

66

5.9 Máquina de basquete: a- primitiva monkey; b- conjunto de vértices para

deformaç˜ao da boca e c- cesta de basquete modelada . . . . . . . . . . . .

67

5.10 Seqüência de criaç˜ao da bicicleta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

67

5.11 Seqüência de criaç˜ao da bicicleta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

68

5.12 Seqüência de criaç˜ao do garfo e guid˜ao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

68

5.13 Bicicleta modelada com soma e subtraç˜ao de primitivas como paralelogramos

e cilindros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

68

5.14 Modelo da roda gigante: a) base, b) estrutura principal e c) cabines . . . .

69

5.15 Seqüência de modelagem de um tubo de metal, primitiva básica do modelo

69

5.16 Seqüência de modelagem do kart: a) estrutura principal, b) detalhe dos

cantos e c) pares de vértices para uni˜ao das estruturas . . . . . . . . . . .

70

5.17 Modelo do Kart texturizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

71

5.18 Pista de kart: a) modelo criado com uni˜ao de quadriláteros e triângulos e

b) modelo texturizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

71

5.19 Seqüência de modelagem de um prédio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

72

5.20 Pequenos edif´ıcios: a) loja de roupas, b) pizzaria, c) açougue, d) foto, e)

restaurante, f) informática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

73

5.21 Modelos de casas do cenário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

73

5.22 Seqüência de modelagem de um poste de luz . . . . . . . . . . . . . . . . .

74

5.23 Poste com placas de nomes das ruas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

74

5.24 Seqüência de modelagem do semáforo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

74

5.25 Passos de criaç˜ao de uma árvore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75

5.26 Modelos de árvores com as texturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75

5.27 Modelo do painel: a) primitivas iniciais, cubo e c´ırculo com seis faces; b)

escala S1 para gerar paralelogramo; c) escala S2 para gerar o tel˜ao e d)

painel texturizado com uma imagem do jogo . . . . . . . . . . . . . . . . .

76

5.28 Barracas modeladas com soma de primitivas como paralelogramos e planos

76

5.29 Mapas de textura da personagem palhaço . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

77

5.30 Animaç˜ao do personagem palhaço . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

77

5.31 Seqüência de criaç˜ao dos pontos de contorno da imagem de referência . . .

78

5.32 Linhas guias para referência de volume da cabeça: a) posiç˜ao lateral e b)

posiç˜ao frontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

79

5.33 Linhas guias para limitar profundidade lateral do modelo . . . . . . . . . .

79

5.34 Construç˜ao de faces triangulares e quadriláteras . . . . . . . . . . . . . . .

80

5.35 Modelo da cabeça: a) faces, b) texturizado, c) vista de cima e d) vista frontal 80

5.36 Personagens do jogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

81

5.37 Seqüência de passos para criar mapa de texturas utilizando fotos . . . . . .

82

5.38 Mapeamento de textura do modelo da cabeça . . . . . . . . . . . . . . . .

83

5.39 Modelo do esqueleto utilizado nas animaç˜oes dos personagens . . . . . . .

83

5.40 Ciclo de animaç˜ao da caminhada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

84

5.41 Ciclo de animaç˜ao da corrida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

85

5.42 Ciclo de animaç˜ao da aç˜ao de nadar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

85

5.43 Fluxograma da lógica do brinquedo Basquete . . . . . . . . . . . . . . . . .

89

5.44 Fluxograma da lógica do brinquedo Pesca . . . . . . . . . . . . . . . . . .

91

5.45 Fluxograma da lógica do mercado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

92

5.46 Área de colis˜ao invis´ıvel do carrinho de compras . . . . . . . . . . . . . . .

93

5.47 Fluxograma da miss˜ao da marina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

94

5.48 Fluxograma da corrida de kart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

95

5.49 Fluxograma da miss˜ao cibercafé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

97

5.50 Fluxograma dos scripts worm player e worm new . . . . . . . . . . . . . .

98

6.1 Vista geral da cidade com detalhe vermelho do percurso na animaç˜ao inicial 100

6.2 Ambiente da Marina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

6.3 Ambiente do supermercado: a) Vista exterior, b) Jogador comprando . . . 102

6.4 Entrada do Parque de Divers˜oes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

6.5 Brinquedo Tiro ao Alvo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

6.6 Brinquedo Pesca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

6.7 Brinquedo Bate Peso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

6.8 Brinquedo Máquina de Basquete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

6.9 Bicicleta destada como prêmio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

6.10 Vista aérea da pista de kart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

6.11 Cibercafé: a) Vista externa e b) Vista interna do ambiente . . . . . . . . . 107

Lista de Tabelas

1

Relaç˜ao das capacidades e conhecimentos lingu´ısticos trabalhados no jogo .

61

2

Lista dos comportamentos objetivos das crianças . . . . . . . . . . . . . . . 109

3

Lista das atividades favoritas das crianças no jogo ilha . . . . . . . . . . . 111

Sum´

ario

1 Introduç˜

ao

1

1.1 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1.2 Motivaç˜ao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

1.3 Concepç˜ao do Ambiente de Aprendizagem . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.4 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

1.5 Organizaç˜ao da Tese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

2 Parâmetros Lingu´ısticos

9

2.1 Conceito de L´ıngua Utilizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

2.2 O Conceito de Aprendizagem como Processo de Construç˜ao . . . . . . . .

11

2.3 Capacidades Lingu´ısticas Necessárias para Aquisiç˜ao da Base Alfabética . .

11

2.3.1

Comprees˜ao e Valorizaç˜ao da Cultura Escrita . . . . . . . . . . . .

13

2.3.2

Apropriaç˜ao do Sistema de Escrita . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

2.3.3

Leitura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

3 Jogos, Jogos Educativos e Softwares Educativos

17

3.1 Jogos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

3.2 Jogos Educativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

3.3 Softwares Educativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

3.3.1

Instruç˜ao Auxiliada por Computador(CAI) . . . . . . . . . . . . . .

21

3.3.2

Aprendizagem por Descoberta ( Discovery-Learning) . . . . . . . . .

22

3.3.3

Jogos de Computador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

3.3.3.1

Jogos de Estratégia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

3.3.3.2

Simuladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

3.3.3.3

Aventura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

3.3.3.4

Passatempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

3.3.3.5

RPG - Jogo de Interpretaç˜ao de Papéis . . . . . . . . . . .

30

3.3.3.6

Jogos Clássicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

3.3.3.7

Jogos com Múltiplos Jogadores . . . . . . . . . . . . . . .

31

3.3.3.8

Mundos Virtuais Persistentes . . . . . . . . . . . . . . . .

32

3.3.3.9

Esporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

3.3.3.10 Educativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

4 Técnicas para o Desenvolvimento do Jogo

41

4.1 Interface Gráfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

42

4.2 Modelagem Geométrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

43

4.3 Texturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

4.4 Animaç˜ao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

48

4.4.1

Cinemática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

4.4.1.1

Ciclos de Caminhada para Animaç˜ao . . . . . . . . . . . .

51

4.5 Programaç˜ao para Game Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52