CENTRO UNIVERSITÁRIO SERRA DOS ÓRGÃOS        CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIACURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO ...
iMACHADO, Jeferson Gomes. Aplicativo em NCL e a Simulaçãode Explosão de um Satélite Artificial. Teresópolis: CentroUnivers...
ii                            Trabalho preliminar de conclusão de curso apresentado                            ao Centro U...
iii                                    DEDICATÓRIA           Dedico este trabalho, primeiramente a Deus, pois sem Ele nada...
iv                                       RESUMO           O lixo espacial existente no espaço orbital da Terra vem aumenta...
v                                      ABSTRACT            The space junk, from the Earths orbital space has been increase...
vi                                                         SUMÁRIOLISTA DE FIGURAS ..........................................
vii4     O APLICATIVO EM NCL ........................................................................................... 3...
viii                                              LISTA DE FIGURASFigura 1 - Sequência de imagens do filme Star Trek II: A...
ixFigura 24 – Estrutura de um documento NCL ........................................................................ 39Fig...
x                              LISTA DE SIGLAS2D        Duas dimensões3D        Três dimensõesABNT      Associação Brasile...
111      INTRODUÇÃO            O problema do lixo espacial, resultante de objetos criados pelo homem e quepermanecem em ór...
122       FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA2.1      Efeitos especiais            Um dos elementos fundamentais para a obtenção de real...
13            Nesse trabalho o Reeves introduziu o uso de um paradigma de sistemas departículas como uma técnica baseada e...
14              Partículas podem ser tanto estáticas para a modelagem de elementos, tais comocabelos, pelos ou grama, por ...
15            • Geração: É nesta fase que os atributos que determinam o comportamento daspartículas são definidos, receben...
16            O último passo numa animação 3D é a renderização. Após a modelagem econstrução da sequência de animação, tor...
17           Contudo, após o término da vida útil dos satélites, que é de até cerca de 20 anos,esses satélites em desuso, ...
18compartimentos habitáveis são capazes de resistir ao impacto de objetos de até 1 cm (umcentímetro) de diâmetro.         ...
19                              Figura 5 - Lixo espacial na órbita terrestre              (Fonte: http://orbitaldebris.jsc...
20           Figura 6 - Número mensal de objetos catalogados na órbita da Terra por tipo.      (Fonte: Orbital Debris Quar...
21que possuem e reentrarem no planeta. Porém, a maior parte desses objetos se fragmenta antesde atingirem a superfície, de...
22           Existem diversos tipos de satélites artificiais que são agrupados de acordo com asua missão e que são dividid...
23            altura em que está ele descreverá círculos concêntricos ou elipses e permanecerá            girando nessas ó...
24                       Figura 7 - Movimento de um satélite geoestacionário.              (Fonte: Tela de um vídeo criado...
252.4     A Linguagem NCL             A linguagem NCL (Nested Context Language), desenvolvida pela PUC-RIO, é uma linguage...
26distintos formatos, além de objetos com código imperativo e declarativo, como HTML porexemplo.           Com a utilizaçã...
273       O DESENVOLVIMENTO DA ANIMAÇÃO           Este capítulo descreve o software utilizado para o desenvolvimento deste...
28  Figura 9 - Interface Blender versão 1.6Figura 10 - Interface do Blender versão 2.6
293.2      Modelagem dos objetos da cena            O Blender permitiu a modelagem dos elementos necessários à composição ...
30esferas, possibilitando uma simulação realista do planeta, evidenciando particularidades comorelevo, visão noturna e vis...
31                                      Figura 13 - Luzes noturnas                                  (Fonte: http://visible...
32                                     Figura 15 – Reflexo                              (Fonte: http://visibleearth.nasa.g...
33na Figura 17. Cada textura utilizada foi atrelada à um nó, que são ligados entre si e a outrosnós de propriedades.      ...
34sua vez são emitidas por todas as faces da esfera. Após o modelo do satélite ser despedaçado,as partículas vão se afasta...
35ativo, o Iridium 33. Os pontos na cor vermelha representam as partes remanescentes de ambosos satélites, seguindo trajet...
36observar na figura 20, o path (caminho) está representado pela linha em destaque dentro doretângulo vermelho, indica a t...
374      O APLICATIVO EM NCL           Para se construir um documento hipermídia NCL, segundo SOARES &BARBOSA (2009), deve...
38           Onde? - Após a definição das mídias, deve–se definir as posições onde cadaelemento será apresentado, ou seja,...
39                                Figura 23 - Contexto e Links4.1     Estrutura de um documento NCL          Bem como em q...
40            No apêndice foi anexado o código fonte em NCL da interface desenvolvida.4.2      Desenvolvimento do Aplicati...
41                      Figura 25 – Visão de Layout do Composer (Regiões)           A Figura 26 mostra a tela da visão est...
42                     Figura 26 – Visão Estrutural do Aplicativo no Composer           O contexto é iniciado por uma port...
43                        Figura 27 – Tela Textual do Aplicativo no Composer4.3      Testes              Apesar de não ter...
44           O NCL-VS indica possíveis erros no documento NCL fazendo a análisesemântica, verificação das cardinalidades d...
45            A Figura 29 apresenta a tela do NCL Validation Service no qual foi inserido ocódigo fonte do aplicativo cria...
46Uma     possível   instabilidade   é    mencionada     inclusive    no    site   do   programa(http://composer.telemidia...
475      RESULTADOS OBITIDOS           O Composer trouxe um ganho de produtividade ao desenvolvimento doaplicativo, facili...
48                            Figura 30 – Tela de Menu do aplicativo            A figura 31 apresenta a tela inicial, que ...
49                            Figura 31 – Tela inicial do aplicativo                          Figura 32 – Animação sendo a...
50um vídeo com uma simulação computadorizada da colisão de dois satélites e a representaçãode outros objetos e satélites n...
51                   Figura 34 – Tela com gráfico maior e a animação reduzida.          Figura 35 – Tela com a animação re...
52mouse ou pressionada a tecla <Enter>, a figura volta ao seu tamanho original e a tela de menu(Figura 30) é exibida novam...
53                    Figura 37 – Texto sendo exibido a partir da tela de menu.                    Figura 38 – Vídeo sendo...
54                 Figura 39 – Animação sendo exibido a partir da tela de menu.          Tal aplicativo pode ser transmiti...
556    CONCLUSÕES                 E    SUGESTÕES             PARA TRABALHOS     FUTUROS           A animação foi concluída...
56REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS           ASSIS, André Kock Torres. Principia: Princípios Matemáticos de FilosofiaNatural, Li...
57           NASA, Orbital Debris Quarterly News, International Space Station Avoids Debrisfrom Old NASA Satellite. Housto...
58     APÊNDICE – CÓDIGO NCL 1   <?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?> 2   <ncl id="myNCLDocID"> 3         <head> 4 ...
5923                            <region   height="29.38%"    id="TelaAuxUM"     left="0.23%"24   top="2.92%" width="21.66%...
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Trabalho de conclusão do curso de Ciência da Computação, que apresenta um aplicativo desenvolvido na linguagem de programação NCL (Padrão brasileiro de TV Digital) que tem como objetivo incluir interatividade a uma animação criada através do software Blender 3D, que simula a colisão de um lixo espacial (objeto qualquer) com um satélite artificial de comunicações na órbita terrestre. Esta animação simula tal colisão que no caso causa uma explosão, demonstrando as causa e consequências de tal problema.

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  1. 1. CENTRO UNIVERSITÁRIO SERRA DOS ÓRGÃOS CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIACURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO APLICATIVO EM NCL E SIMULAÇÃO DE EXPLOSÃO DE UM SATÉLITE ARTIFICIAL Autor: Jeferson Gomes Machado Orientador: José Roberto de Castro Andrade Teresópolis Dezembro de 2012
  2. 2. iMACHADO, Jeferson Gomes. Aplicativo em NCL e a Simulaçãode Explosão de um Satélite Artificial. Teresópolis: CentroUniversitário Serra dos Órgãos, 2012.Orientador: José Roberto de Castro Andrade, M.Sc.Monografia – CURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIA DACOMPUTAÇÃO DO CENTRO UNIVERSITÁRIO SERRA DOSÓRGÃOS.1.sistema de partículas, 2.NCL 3.satélite artificial
  3. 3. ii Trabalho preliminar de conclusão de curso apresentado ao Centro Universitário Serra dos Órgãos - Curso de Bacharelado em Ciência da Computação - como um dos requisitos para obtenção do título de Bacharel em Ciência da Computação.ELABORADO POR JEFERSON GOMES MACHADO E APROVADO PORTODOS OS MEMBROS DA BANCA EXAMINADORA. FOI ACEITO PELOCURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO. TERESÓPOLIS, 05 de dezembro de 2012. BANCA EXAMINADORA: _______________________________________ José Roberto de Castro Andrade, M.Sc _______________________________________ João Fernando Diniz Falcão, M.Sc ______________________________________ Lívia Monnerat Castro, M.Sc Teresópolis Dezembro de 2012
  4. 4. iii DEDICATÓRIA Dedico este trabalho, primeiramente a Deus, pois sem Ele nada disso seriapossível. A toda a minha família, especialmente aos meus pais que me deram força e meincentivaram a continuar, fazendo o possível para que eu estivesse aqui hoje buscando osmeus objetivos. Aos meus amigos que me apoiaram e compreenderam cada final de semanaque eu fiquei em casa estudando, ao pessoal do ônibus por todos os momentos dedescontração e diversão em meio ao cansaço das viagens diárias até à faculdade e em especialao Seu Gerson, o melhor motorista que podíamos ter que me incentivou tanto a continuar,com suas longas conversas, de palavras simples mas que surtiram muito efeito. Ao meuorientador, José Roberto, pois sem ele não seria possível o desenvolvimento deste trabalho e atodos que direta ou indiretamente contribuíram para que eu estivesse aqui hoje.
  5. 5. iv RESUMO O lixo espacial existente no espaço orbital da Terra vem aumentandoconsideravelmente ao longo do tempo, causando preocupações principalmente aos órgãosresponsáveis e às empresas que atuam na área. O risco de colisão de tais objetos comsatélites em operação torna–se mais eminente à medida que os detritos espaciais aumentame permanecem na órbita terrestre sem controle. Este trabalho tem como objetivo gerar umaanimação que demonstra como seria uma colisão entre um detrito espacial e um satélitegeoestacionário de comunicações, o que, na circunstância proposta, ocasiona a explosão dosatélite artificial. Para isto, foram modelados os objetos necessários à representação de talacontecimento, utilizando-se a técnica de sistemas de partículas para a criação do efeito daexplosão, bem como levando-se em consideração a dinâmica orbital que atua nas partesremanescentes do satélite. A mídia é apresentada através de uma interface inovadora,utilizando-se a linguagem NCL, voltada principalmente para a concepção de aplicativos emTV Digital e Web, que permite ao usuário um alto nível de interação, o que possibilita darmais ênfase ao conteúdo adicional pertinente ao assunto. Palavras chave: 1.sistema de partículas, 2.NCL 3.satélite artificial.
  6. 6. v ABSTRACT The space junk, from the Earths orbital space has been increased considerablyover time, causing concerns, above all, to the organs and companies working in the area.The risk of collision between such objects and satellites in operation makes more prominentas the space debris are increased and remain in orbit without control. This paper aims togenerate an animation that shows how a collision between the space debris and ageostationary satellite communications would be, which, in fact, leads to the explosion ofthe proposed artificial satellite. To this, objects necessary for the representation of such anevent were modeled, using the technique of particle systems for creating the effect of theexplosion, as well as taking into consideration the orbital dynamics that acts on theremaining parts of the satellite. The media is presented through an innovative interface,using the NCL, mainly focused on the design of applications in Digital TV and Web, whichallows the user a high level of interaction, allowing more emphasis on additional contentrelevant the subject. Keywords: 1. particle systems, 2.NCL 3. artificial satellite
  7. 7. vi SUMÁRIOLISTA DE FIGURAS ......................................................................................................... VIIILISTA DE SIGLAS ................................................................................................................. X1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 112 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .................................................................................. 12 2.1 EFEITOS ESPECIAIS ....................................................................................................... 12 2.1.1 SISTEMAS DE PARTICULAS ...................................................................................... 12 2.1.1.1 PARTÍCULAS .................................................................................................. 13 2.1.1.2 FASES DO SISTEMA DE PARTÍCULAS .............................................................. 14 2.1.1.3 CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS DE PARTÍCULAS .......................................... 14 2.1.2 TEXTURIZAÇÃO E RENDERIZAÇÃO ......................................................................... 15 2.2 LIXO ESPACIAL ............................................................................................................ 16 2.3 DINÂMICA ORBITAL ..................................................................................................... 21 2.3.1 ÓRBITAS DOS SATÉLITES ARTIFICIAIS ..................................................................... 23 2.4 A LINGUAGEM NCL ............................................................................................... 253 DESENVOLVIMENTO DA ANIMAÇÃO ................................................................... 27 3.1 FERRAMENTAS UTILIZADAS ........................................................................................ 27 3.2 MODELAGEM DOS OBJETOS DA CENA .......................................................................... 29 3.2.1 SATÉLITE ARTIFICIAL ............................................................................................. 29 3.2.2 PLANETA TERRA ..................................................................................................... 29 3.3 COLISÃO E EXPLOSÃO EM ÓRBITA ................................................................................ 33 3.4 MOVIMENTO DA CÂMERA E GERAÇÃO DA ANIMAÇÃO ............................................... 35
  8. 8. vii4 O APLICATIVO EM NCL ........................................................................................... 37 4.1 ESTRUTURA DE UM DOCUMENTO NCL ........................................................................ 39 4.2 DESENVOLVIMENTO DO APLICATIVO .......................................................................... 40 4.3 TESTES ........................................................................................................................ 43 4.4 PROBLEMAS ENCONTRADOS ........................................................................................ 455 RESULTADOS OBTIDOS ............................................................................................ 476 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ......................... 55REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 56APÊNDICE – CÓDIGO NCL .............................................................................................. 58
  9. 9. viii LISTA DE FIGURASFigura 1 - Sequência de imagens do filme Star Trek II: A Ira de Khan ................................... 12Figura 2 - Partículas dinâmicas e estáticas................................................................................14Figura 3 - Representação do „congestionamento‟ espacial ..................................................... 16Figura 4 - Órbita da Estação Espacial Internacional ................................................................ 18Figura 5 - Lixo espacial na órbita terrestre ............................................................................... 19Figura 6 - Número mensal de objetos catalogados na órbita da Terra por tipo ........................ 20Figura 7 - Movimento de um satélite geoestacionário ............................................................. 24Figura 8 - Representação da colisão entre dois satélites artificiais .......................................... 24Figura 9 - Interface do Blender Versão 1.6 .............................................................................. 28Figura 10 - Interface do Blender Versão 2.6 ............................................................................ 28Figura 11 –Satélite artificial da série BrasilSat x Modelagem ................................................. 29Figura 12 –Mapa dos continentes . ........................................................................................... 30Figura 13 –Luzes noturnas ....................................................................................................... 31Figura 14 – Relevo . ................................................................................................................. 31Figura 15 – Reflexo. ................................................................................................................. 32Figura 16 – Nuvens. ................................................................................................................. 32Figura 17 – Nós da modelagem da Terra ................................................................................. 33Figura 18 – Animação da quebra do satélite artificial .............................................................. 34Figura 19 – Partes remanescentes de uma colisão .................................................................... 35Figura 20 – Caminho da câmera .............................................................................................. 36Figura 21 – Visão de layout do Composer (Tela Principal) ..................................................... 37Figura 22 – Visão de layout do Composer (Tela 1) ................................................................ 38Figura 23 – Visão de layout do Composer (Tela 2) ................................................................ 39
  10. 10. ixFigura 24 – Estrutura de um documento NCL ........................................................................ 39Figura 25 – Visão de Layout do Composer (Regiões) ............................................................. 41Figura 26 – Visão Estrutural do Aplicativo no Composer ....................................................... 42Figura 27 – Tela Textual do Aplicativo no Composer ............................................................. 43Figura 28 – Página do NCL Validation Service com erros inseridos propositalmente ............ 44Figura 29 – Página do NCL Validation Service sem erros ...................................................... 45Figura 30 – Tela de Menu do aplicativo ................................................................................... 48Figura 31 – Tela inicial do aplicativo ....................................................................................... 49Figura 32 – Animação sendo apresentada. ............................................................................... 49Figura 33 – Tela com a animação sendo exibida juntamente com outros elementos. .............. 50Figura 34 – Tela com gráfico maior e a animação reduzida. ................................................... 51Figura 35 – Tela com a animação reduzida e um segundo vídeo em tela grande. ................... 51Figura 36 – Gráfico sendo exibido a partir da tela de menu. ................................................... 52Figura 37 – Texto sendo exibido a partir da tela de menu. ...................................................... 53Figura 38 – Vídeo sendo exibido a partir da tela de menu. ...................................................... 53Figura 39 – Animação sendo exibido a partir da tela de menu. ............................................... 54
  11. 11. x LISTA DE SIGLAS2D Duas dimensões3D Três dimensõesABNT Associação Brasileira de Normas TécnicasGNU General Public LicenseHTML HyperText Markup LanguageISS International Space StationIP Internet ProtocolIPTV Internet Protocol TelevisionITU-T International Telecommunication Union – Telecommunication StandardizationSectorLAWS Laboratório de Sistemas Avançados da WebMPEG Motion Picture Experts GroupNASA National Aeronautics and Space AdministrationNCL Nested Context LanguageNCM Nested Context ModelONU Organização das Nações UnidasPUC-Rio Pontifícia Universidade Católica do Rio de JaneiroXML Extensible Markup Language
  12. 12. 111 INTRODUÇÃO O problema do lixo espacial, resultante de objetos criados pelo homem e quepermanecem em órbita da Terra sem controle, está se agravando a cada dia, gerando umapreocupação constante de possíveis colisões entre satélites comercias em operação e taisobjetos. Através do uso da computação gráfica é possível simular os efeitos físicos resultantesde uma possível colisão entre tais objetos, realçando a necessidade de atenção por parte deempresas operadoras de satélites, fabricantes e órgãos governamentais. Este trabalho descreve a criação de uma simulação gráfica da explosão, a partir dacolisão de um objeto com um satélite de comunicações em órbita da Terra, utilizando para talfim, softwares adequados. Para a geração do efeito de explosão foi utilizada a técnica desistemas de partículas e realçado com o uso de imagens, texturas, posicionamento da câmeravirtual e iluminação adequada. O comportamento das partes remanescentes do satéliteartificial é simulado levando-se em consideração a física envolvida no ambiente espacial,possibilitando a visualização dos efeitos da colisão. A animação gerada foi inserida, juntamente com outros elementos multimídiaspara a criação de um aplicativo interativo em NCL, agregando informações relevantes sobre oassunto, com o objetivo de divulgar suas causas e consequências e apresentar o problematanto para a divulgação da necessidade de busca de soluções como para gerar debates sobre oassunto. Este trabalho está dividido em 6 capítulos. O capítulo 2 traz a fundamentaçãoteórica. O capítulo 3 descreve o desenvolvimento da animação. O capítulo 4 refere-se alinguagem de programação NCL e a criação do aplicativo interativo. O capítulo 5 apresentaos resultados obtidos. E, finalmente, o capítulo 6 apresenta as conclusões e sugestões paratrabalhos futuros.
  13. 13. 122 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA2.1 Efeitos especiais Um dos elementos fundamentais para a obtenção de realismo em uma cena deanimação é uma boa modelagem dos objetos que a compõem. Contudo, através de métodostradicionais, existe certa dificuldade para a modelagem de objetos cujo formato não é bemdefinido, tais como fumaça, fogo, nuvem, explosão, entre outros. Para tanto existem técnicastais como a de sistema de partículas, que possibilita a criação de sistemas complexos com umalto nível de realismo.2.1.1 Sistema de partículas Com o objetivo de criar uma sequência de efeitos especiais para o filme Star TrekII: A Ira de Khan, do estúdio Paramount Pictures, 1982 (Figura 1), William T. Reevespublicou um artigo intitulado, Particle Systems – A Technique for Modeling a Class of FuzzyObjects, REEVES (1983). Figura 1- Sequência de imagens do filme Star Trek II: A Ira de Khan, (Fonte: Sequência de imagens do filme Star Trek II: A Ira de Khan, Paramount Pictures, 1982)
  14. 14. 13 Nesse trabalho o Reeves introduziu o uso de um paradigma de sistemas departículas como uma técnica baseada em processos randômicos com partículas independentesque se moviam por influências externas. Reeves demonstrou que aplicando algumas das leisfundamentais da Mecânica de Newton em um conjunto virtual de partículas seria possívelmodelar elementos com forma incerta e, a partir daí, criar qualquer efeito e/ou modelarqualquer objeto. O trabalho de Reeves foi um grande avanço para a Computação Gráfica que,até então consistia sobretudo de formas criadas a partir de polígonos e vértices fixas. Com o decorrer do tempo a técnica de sistema de partículas evoluiu com aincorporação de restrições e modificações no comportamento das partículas, permitindo amelhora na qualidade e a criação de novos efeitos. Resumindo, um sistema de partículas é composto por uma quantidadeconfigurável de partículas que têm seu comportamento controlado por atributos que podemser definidos em um valor fixo ou randômico dentro de limites predefinidos, de acordo com aspropriedades do elemento a ser simulado.2.1.1.1 Partículas A Mecânica de Newton foi arquitetada sobre quatro grandezas essenciais: espaço,tempo, massa e força. Seguindo esse axioma, as partículas são elementos que têm massa quepodem ser definidas como fixa ou estocástica, da mesma maneira que posição definida noespaço x, y, z e velocidade. Por não possuírem extensão espacial fixa e responderem a forçasexternas, além de proporcionarem a aplicação de cor e transparência, entre outroscomponentes, é possível a simulação de inúmeros efeitos, com pouco esforço humano e altonível de realismo. Por terem um tempo de vida (medido em quadros), que vai desde suageração até a extinção configurável, a qualquer momento novas partículas podem ser geradas,bem como as já existentes serem extintas (BARAF & WIKIN, 1997).
  15. 15. 14 Partículas podem ser tanto estáticas para a modelagem de elementos, tais comocabelos, pelos ou grama, por exemplo, ou animadas para a representação de fenômenos taiscomo a chuva ou a neve, como pode ser observada na Figura 2 a representação das partículasdinâmicas na primeira imagem e no estado estático na segunda. Figura 2 - Partículas dinâmicas e estáticas (Fonte: http://wiki.blender.org/index.php/File:Blender3D_Particles-Mode-Image.jpg)2.1.1.2 Classificação dos sistemas de partículas Os sistemas de partículas são classificados em três grupos:  Estocásticos: Neste caso as partículas são mais independentes umas das outras. São apropriadas para as simulações cujo foco principal é a cor e a transparência, como na simulação de fogo, por exemplo.  Estruturados: Mais apropriados para a modelagem de árvores e grama, por exemplo, por obedecerem a uma hierarquia.  Orientados: Neste caso, as partículas tendem a comporem superfícies.2.1.1.3 Fases dos sistemas de partículas Num sistema, as partículas passam por três fases distintas: geração, dinâmica emorte (REEVES, 1983).
  16. 16. 15 • Geração: É nesta fase que os atributos que determinam o comportamento daspartículas são definidos, recebendo um valor inicial. A todo o momento novas partículas sãogeradas e as antigas são destruídas. Essa geração acontece de forma randômica, dentro de umespaço pré-estabelecido chamado objeto emissor. • Dinâmica: Os valores dos atributos das partículas definidos na geração podemser fixos ou alterados aleatoriamente ao longo do tempo. • Extinção: A última fase pela qual passa a partícula é a fase de extinção, processono qual a partícula desaparece. As partículas possuem um tempo de vida configurável, definido em quantidade dequadros que é iniciado com o valor 0 (zero) e acrescido de 1 a cada novo quadro. Quando otempo de vida pré-definido é atingido, a partícula é extinta. Além do tempo de vida, uma partícula pode ser extinta por inúmeros outrosfatores, tais como, se um dos atributos desta partícula ultrapassar um valor máximo definido,se a transparência desta for tanta que ela não possa mais ser vista, partículas que seencontrarem fora da região visível do observador sem possibilidade de retorno e/ou aotocarem o solo também podem ser eliminadas, diminuindo assim o custo computacional daanimação, por exemplo.2.1.2 Texturização e Renderização O processo de utilização de fotografia ou imagens produzidas em computadorcomo textura em um determinado objeto e/ou superfícies, chamado de texturização é umafuncionalidade muito importante presente em diversos softwares de modelagem 3D,proporcionando um maior nível de realismo à cena. As texturas são aplicadas de forma que as imagens 2D cubram a superfície 3Denvolvendo - a como uma espécie de „pele‟, dando assim uma aparência mais próxima da real.
  17. 17. 16 O último passo numa animação 3D é a renderização. Após a modelagem econstrução da sequência de animação, torna-se necessário efetuar a renderização, que resultana geração da cena com seus devidos acabamentos simulando condições reais, levando emconsideração diversos aspectos, tais como iluminação, texturas e materiais, superfícies etc.Originando imagens estáticas e/ou vídeos mostrando a imagem final a partir doenquadramento feito por uma determinada câmera virtual. Quanto mais detalhada for a cena, mais tempo levará para que o processo derenderização seja finalizado, bem como esse tempo também dependerá do hardware utilizadopara este processo.2.2 Lixo espacial O dia 04 de outubro de 1957 marcou o lançamento do primeiro satélite artificial.Até hoje, foram lançados cerca de 13.000 (treze mil) satélites, dos quais a maior parte viroulixo espacial e somente cerca de 880 (oitocentos e oitenta) permanecem ativos,desempenhando importantes funções, tais como a de telecomunicações e a coleta de dados. Afigura 3 é uma simulação feita pela Agência Espacial Européia, demonstrando a quantidadede satélites em órbita da Terra. Figura 3 - Representação do „congestionamento‟ espacial (Fonte: http://g1.globo.com/Noticias/Ciencia/0,,MUL401699-5603,00-FOTOS+MOSTRAM+LIXO +ESPACIAL+NA + ORBITA+DA+TERRA.html)
  18. 18. 17 Contudo, após o término da vida útil dos satélites, que é de até cerca de 20 anos,esses satélites em desuso, fragmentos de satélites, partes de foguetes, restos de missões, bemcomo todos os objetos criados por seres humanos presentes em órbita ao redor da Terra e quenão têm nenhuma função útil são considerados lixo espacial, tecnicamente chamados dedetritos espaciais, são definidos pela Agência Espacial Norte Americana, a NASA como“arma de energia cinética de altíssima velocidade, não guiada”, percorrem o espaço semnenhum tipo de controle, a uma velocidade de cerca de 7 Km/s (sete quilômetros porsegundo) e devido às altas velocidades dos satélites, mesmo um fragmento muito pequenopoderia danifica-lo ou até mesmo destruí-lo, dependendo do ponto em que o impacto ocorra. Segundo estimativas da NASA existem cerca de 20.000 (vinte mil) objetosrastreados na órbita terrestre, com mais de 10 cm (dez centímetros) de diâmetro, 50.000(cinquenta mil) entre 1 (um) e 10 (dez) cm e cerca de 500.000 (quinhentos mil) menores.Destes cerca de 2.000 toneladas (duas mil toneladas) estão na órbita baixa da Terra (LowEarth Orbit). Também existe uma grande quantidade de detritos na órbita geoestacionária, aGEO (do inglês, Geostationary Orbit), local onde se encontram os satélites de comunicação.Existem também muitos objetos em trajetória excêntrica, que podem transladar por diferentesórbitas. Com este problema que vem se agravando a cada dia, existe uma grandepreocupação com possíveis colisões entre satélites em operação comercial e tais objetos. Umexemplo disto é a preocupação com a Estação Espacial Internacional, que tem que ter seurumo desviado várias vezes por ano, para desviar destes destroços. Segundo estudos daNASA, um objeto de cerca de 1 mm (um milímetro) de comprimento, já seria capaz dequebrar cabos de dados e de força secundários, por isso, a ISS (Estação EspacialInternacional) é considerada a mais protegida espaçonave a ser lançada, áreas como
  19. 19. 18compartimentos habitáveis são capazes de resistir ao impacto de objetos de até 1 cm (umcentímetro) de diâmetro. A figura 4 ilustra a orbita da ISS em verde e o Anel Debris em vermelho, cujosfragmentos foram originados pelo teste de um míssil chines em dezembro de 2007. No qual aChina lançou um míssil contra um de seus satélites artificiais, que segundo informaçõesoficiais do governo chines teve o objetivo de estudar tal acontecimento. Figura 4 - Órbita da Estação Espacial Internacional (Fonte: Tela de um vídeo criado pela AGI - http://www.agi.com) A NASA concluiu que os impactos de detritos orbitais da Terra tinham opotencial para tornarem-se um perigo maior do que o ambiente meteoróide natural. Com isso,a NASA criou um programa de detritos espaciais, chamado NASA’s Orbital Debris Program,que começou oficialmente em 1979. A figura 5, feita pela NASA, mostra a quantidade de lixoespacial na órbita terrestre.
  20. 20. 19 Figura 5 - Lixo espacial na órbita terrestre (Fonte: http://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/photogallery/beehives.html#leo) A NASA publica trimestralmente uma revista sobre detritos espaciais, onde édivuldado um relatório gráfico sobre os objetos em órbita da Terra oficialmente catalogadospela rede espacial norte-americana, a Orbital Debris Quarterly News. Pode-se observar nográfico a seguir, Figura 6, o aumento considerável do lixo espacial no decorrer do tempo.
  21. 21. 20 Figura 6 - Número mensal de objetos catalogados na órbita da Terra por tipo. (Fonte: Orbital Debris Quarterly News – Volume 15, Issue 1, January 2011 - Traduzido) Houve dois eventos que contribuiram consideravelmente para o aumento donúmero de detritos espaciais. Em 2007, a China lançou um míssil contra um dos seus satélitesmeteorológicos, o Fengyun 1-C. A destruição do satélite criou mais de 3.000 (três mil)objetos rastreáveis e um número estimado de 150.000 (cento e cinquenta mil) partículas dedetritos maiores que 1 cm (um centimetro). Aumentando em cerca de 15% (quinze porcento)a quantidade de lixo espacial. Em 2009, houve uma colisão entre um satélite norte-americanoativo, o Iridium-33 com um satélite russo inativo, portanto sem controle. O Lixo espacial pode reentrar na Terra, dependendo da sua órbita, naturalmente,após algum tempo. Porém, a maior parte desses objetos não atinge o solo. Objetos queestejam na órbita da Terra, sem controle, dependendo da altitude em que se encontram, podemser atraídos pelas forças físicas naturais e/ou colidirem com a atmosfera, devido à trajetória
  22. 22. 21que possuem e reentrarem no planeta. Porém, a maior parte desses objetos se fragmenta antesde atingirem a superfície, devido ao tempo de exposição às altas temperaturas e àsdesacelerações sofridas na reentrada, o que torna os materiais maleáveis e com os picos dedesacelerações (torções e compressões excessivas), o corpo se deforma, rompendo os limitesde resistência dos materiais. Dependendo da sua resistência, o objeto pode se desintegrartotalmente, como acontece na maioria dos casos, ou chegar à superfície terrestre. Contudo,não é possível saber exatamente o ponto em que o objeto cairá, pois a trajetória poderá seralterada por diversos fatores, entretanto, como a maior parte do planeta é coberto por água, aprobabilidade de tais objetos atingirem uma pessoa é mínima. A comunidade internacional vem buscando resolver esse grave problema queameaça o futuro da comunicação via satélite e as missões espaciais. Porém, ainda não existemtecnologias disponíveis para se retirar esse lixo espacial de órbita. Um primeiro passo nosentido de diminuir essa proliferação dos detritos veio em 2007, com a divulgação, pela ONU,de um documento contendo diretrizes para a exploração espacial. Entretanto, esse documentoé uma simples recomendação que propõe limitar o número de dejetos espaciais liberados,tentar diminuir os riscos de colisão, evitar a destruição intensional de estágios de foguetes eelevar a órbita dos satélites geoestacionários ao fim da sua vida útil, de modo que estes nãoapresentem ameaças à exploração espacial, entre outras indicações.2.3 Dinâmica Orbital Seguindo uma ideia proposta por Newton em 1687 em seu livro PhilosophieNaturalis Principia Mathematica (Princípios Matemáticos da Filosofia Natural), onde elepropôs as três leis fundamentais da mecânica. Aplicando princípios matemáticos na descriçãode fenômenos naturais relacionados ao movimento foi possível a descrição de uma teoria decomo seria o lançamento de um satélite artificial.
  23. 23. 22 Existem diversos tipos de satélites artificiais que são agrupados de acordo com asua missão e que são divididos em dois grupos distintos: 1. Satélite de uso civil - comobjetivos pacíficos, comerciais ou não, tais como os de comunicações, pesquisas,levantamento de recursos naturais, por exemplo. 2. Satélites de uso militar. Os satélites artificiais aproveitam a força gravitacional da Terra, que faz com queos corpos sejam atraídos uns pelos outros, para se manterem na órbita terrestre. Quanto maisdistante do planeta, menor a força gravitacional. Para manter um satélite artificial em órbita énecessário que a altitude e a sua velocidade sejam tais que haja um equilíbrio entre a forçacentrífuga e a da gravidade. O trecho a seguir, que está numa linguagem adaptada, faz parte do livro, ATreatise of the System of the World, (Um Tratado do Sistema do Mundo), de 1728, onde IsaacNewton descreveu o que aconteceria se alguém atirasse uma pedra horizontalmente do pico deuma montanha que se projetasse acima da atmosfera, explicando como a força gravitacionalmanteria um objeto em órbita da Terra (ASSIS, 2008). "Para explicar como os satélites se mantêm em suas órbitas consideremos o movimento de um corpo lançado inicialmente com uma trajetória horizontal. Por causa de seu peso, o corpo sai de sua trajetória reta, descreve uma curva e cai sobre o solo. Quanto maior a velocidade com que é lançado, mais longe ele vai antes de cair sobre a terra. Observando a representação da Terra e as linhas curvas que o corpo percorreria se projetado em uma direção horizontal do topo de uma alta montanha, com velocidades cada vez maiores. Suponha que não há resistência do ar. Aumentando cada vez mais a velocidade inicial do corpo ele cairá cada vez mais longe até que, quando a velocidade inicial for suficientemente grande, acabará percorrendo toda a circunferência da Terra, voltando à montanha de onde foi lançado. Agora, se o corpo for projetado em direções paralelas ao horizonte, de grandes alturas, dependendo de sua velocidade inicial e da força da gravidade na
  24. 24. 23 altura em que está ele descreverá círculos concêntricos ou elipses e permanecerá girando nessas órbitas celestes do mesmo modo que a Lua gira em torno da Terra e os planetas giram em torno do Sol". (NEWTON, 1728, apud ASSIS, 2008).2.3.1 Órbitas dos satélites artificiais Os satélites artificiais ocupam as mais diversas órbitas, podendo ser polares,circulares ou elípticas, bem como altitudes variando entre centenas a milhares de quilômetrose inclinações e formas distintas. Os satélites artificiais de comunicações são geoestacionários, ou seja, ficamperpendiculares sobre um mesmo ponto da superfície do planeta, eles possuem órbitacoincidente com a Linha do Equador e ficam a uma altitude de cerca de 35.840 km (trinta ecinco mil oitocentos e quarenta quilômetros) da superfície da Terra, onde a força centrífuga ea força centrípeta do planeta se anulam, acompanhando o movimento de rotação do planetacom uma velocidade orbital de 11.000 km/h (onze mil quilômetros por hora). Já os satélitesnão geoestacionários descrevem várias órbitas por dia. Os satélites artificiais sofrem perturbações causadas pela ação de forças físicasque alteram sua posição e orientação em órbita, obrigando a realização de manobras orbitaisperiódicas para a realização da correção da posição. As manobras são executadas pelosdisparos de jatos que provocam um impulso ao satélite imprimindo velocidade em direçãocontrária aos efeitos da perturbação. As principais perturbações que agem sobre um satélitegeoestacionário são a Gravitação luni-solar que afeta a sua órbita aumentando o valor da suainclinação, a Triaxialidade terrestre que provocam uma aceleração longitudinal no satélite, esua deriva na direção Leste-Oeste mudando a forma da sua órbita aumentando e diminuindo avelocidade alterando o eixo de rotação e a altitude do satélite artificial. A junção dessas forças físicas causa um movimento em forma de „oito‟ nosatélite, como pode ser observado na figura 7.
  25. 25. 24 Figura 7 - Movimento de um satélite geoestacionário. (Fonte: Tela de um vídeo criado no Laboratório Star One – UNIFESO) No caso de uma colisão em órbita, as partes do satélite tendem a dar continuidadeao movimento que estavam fazendo, como pode ser observado na representação da colisãoentre o satélite russo inativo da série Cosmos com um americano ativo, o Iridium 33 ocorridoem 2009 (Figura 8). Figura 8 - Representação da colisão entre dois satélites artificiais (Fonte: Telas de um vídeo criado pela AGI - http://www.agi.com)
  26. 26. 252.4 A Linguagem NCL A linguagem NCL (Nested Context Language), desenvolvida pela PUC-RIO, é uma linguagem declarativa hipermídia baseada no modelo conceitual NCM (Nexted Context Model) que representa os conceitos estruturais além das relações e eventos entre os dados através de nós, com identificador, conteúdo e conjuntos de âncoras entre outors. A linguagem tem um de alto nível de abstração e é voltada principalmente para concepção de aplicativos para TV Digital e para a Web. NCL é a linguagem declarativa do middleware Ginga. O chamado GINGA- NCL é a camada de software responsável pela execução das aplicações NCL permitindo a execução de aplicativos independentemente das plataformas de hardware e software. Esta é uma tecnologia nacional, reconhecida mundialmente, que se tornou recomendação ITU-T para serviços IPTV (transmissão de conteúdo através do protocolo IP) e padrão ABNT do Sistema Brasileiro de TV Digital Terrestre, que possibilita a utilização de múltiplos dispositivos de exibição, interligados através de redes. “Ginga-NCL é o subsistema Ginga desenvolvido pela PUC-Rio que visa prover uma infraestrutura de apresentação para aplicações declarativas escritas na linguagem NCL (Nested Context Language). NCL é uma linguagem de aplicação XML com facilidades para a especificação de aspectos de interatividade, sincronismo espaço-temporal entre objetos de mídia, adaptabilidade, suporte a múltiplos dispositivos e suporte à produção ao vivo de programas interativos não lineares.” (GINGA NCL, 2012) Voltada principalmente para aplicações de TV Digital e WEB, a linguagem definecomo objetos de mídia são estruturados e relacionados no tempo e espaço, possibilitando autilização de diversos objetos de mídia, tais como imagens, vídeos, áudios e textos nos mais
  27. 27. 26distintos formatos, além de objetos com código imperativo e declarativo, como HTML porexemplo. Com a utilização de um plugin especifico para a reprodução de conteúdoshipermídia para navegadores Web, é possível a reprodução de um aplicativo interativo, quepode ser disponibilizado na internet, em qualquer computador ou pode ser enviado a umtelevisor com suporte a tal funcionalidade. Um desenvolvedor ao utilizar a NCL, se preocupa em desenvolver um aplicativocom um foco especifico. O ambiente GINGA-NCL permite o uso de código imperativoatravés de código na linguagem de script em LUA, os chamados scripts NCLua. SegundoSoares & Barbosa: “Desde o inicio do seu desenvolvimento, no inicio dos anos 1990, Lua foiprojetada para ser usada em conjunto com outras linguagens, não sendo comum encontrarprogramas escritos puramente em Lua.” (SOARES & BARBOSA, 2009).
  28. 28. 273 O DESENVOLVIMENTO DA ANIMAÇÃO Este capítulo descreve o software utilizado para o desenvolvimento deste trabalhoe como foi realizada a modelagem dos objetos e concepção da animação.3.1 Ferramentas Utilizadas Para a modelagem, desenvolvimento da animação e renderização foi utilizado osoftware Blender 3D, na sua versão 2.60, um software livre disponível sobre a licença GNU, edesenvolvido e mantido pela Blender Foundation com sede na Holanda. Este softwarepermite a modelagem de objetos para a criação de animações 3D incluindo efeitos especiaiscom um alto nível de realismo, entre diversas outras funcionalidades. Criado em meados da década de 1990, pelo estúdio de animação NeoGeo, com ointuito de desenvolver animações próprias, o Blender foi crescendo, passando a serdesenvolvido e comercializado por uma outra empresa. Porém após uma série de dificuldadesencontradas pela empresa, a licença sobre o software foi vendida e o Blender passou a ser decódigo aberto. Em 2002, Ton Rosendaal fundou uma organização sem fins lucrativos, aBlender Foundation com o objetivo de encontrar uma maneira de continuar a desenvolver epromover o Blender como um projeto Open Source, como é até os dias de hoje. Com o passar do tempo foram lançadas diversas atualizações e o software vemevoluindo rapidamente, tornando–se mais dinâmico e com uma interface mais agradável,como pode ser constatado comparando as Figuras 9 e 10. A Figura 9 mostra a interface daversão 1.6 do Blender, lançado em 1999 e a Figura 10 mostra a interface da versão 2.6, de2011.
  29. 29. 28 Figura 9 - Interface Blender versão 1.6Figura 10 - Interface do Blender versão 2.6
  30. 30. 293.2 Modelagem dos objetos da cena O Blender permitiu a modelagem dos elementos necessários à composição dascenas com um alto nível de realismo. Para tanto foram utilizadas texturas e composição denós, como demonstrados adiante, entre outros recursos disponíveis no software. Os elementosforam criados fora da escala real com o objetivo de proporcionar uma melhor representaçãoda cena, caso contrário o satélite artificial e suas partes ficariam imperceptíveis.3.2.1 Satélite Artificial Para esta simulação foi modelado um satélite inspirado em um satélite da segundageração da série BrasilSat, da Star One (empresa operadora de satélites do grupo Embratel).Na figura 11, temos uma imagem do painel solar do satélite real, ao lado do modelo criadopara a simulação. Figura 11 - Satelite artificial da série BrasilSat x Modelagem3.2.2 Planeta Terra Para a modelagem da Terra, foram utilizadas diversas texturas, disponibilizadaspela NASA em seu website [http://visibleearth.nasa.gov]. Estas imagens foram aplicadas à
  31. 31. 30esferas, possibilitando uma simulação realista do planeta, evidenciando particularidades comorelevo, visão noturna e visão diurna sob as nuvens. Cada imagem foi aplicada em esferasdistintas e sobrepostas, sendo que as mais externas possuem uma certa transparência com afinalidade de possibilitar a visualização das mais internas. A Figura 12 mostra a Terra vista do espaço em uma figura planificada,possibilitando a representação dos continentes e oceanos em uma visão diurna, que com aincorporação de iluminação em parte da esfera permitiu a simulação da parte do planetailuminada pelo sol. Figura 12 – Mapa Continentes. (Fonte: http://visibleearth.nasa.gov/) A Figura 13 apresenta a visão no contexto noturno, permitindo a visualização daparte da Terra onde ainda é noite inclusive com a visualização das luzes nas cidades.
  32. 32. 31 Figura 13 - Luzes noturnas (Fonte: http://visibleearth.nasa.gov/) A figura 14 representa o relevo com um destaque mais claro nas áreas com maioraltitude, visto que o Blender pode interpretar o branco como maior relevo e o preto comoregião de menor relevo. Já a figura 15 serve para dar o efeito de especularidade (reflexão daluz solar), natural do planeta. Figura 14 - Relevo (Fonte: http://visibleearth.nasa.gov/)
  33. 33. 32 Figura 15 – Reflexo (Fonte: http://visibleearth.nasa.gov/) A figura16 apresenta uma imagem das nuvens que são peculiares à atmosferaterrestre, representadas pelas partes brancas e cinzas da imagem. Figura 16 - Nuvens (Fonte: http://visibleearth.nasa.gov/) Com o objetivo de melhorar a qualidade das imagens, foi utilizado o Node Editor(Editor de Nós), que é uma funcionalidade disponível no Blender que possibilitou mesclar astexturas apresentadas anteriormente gerando um maior nível de realismo, como demonstrado
  34. 34. 33na Figura 17. Cada textura utilizada foi atrelada à um nó, que são ligados entre si e a outrosnós de propriedades. Figura 17 – Nós da modelagem da Terra3.3 Simulação da colisão e explosão em órbita Não é possível a propagação do fogo neste ambiente devido à ausência tanto dematerial combustível quanto de atmosfera. Logo, os gases que estão sendo inflamados pelaschamas não se expandem. Sem esse componente, as chamas espalham-se de modo uniformetomando forma de uma esfera que se expandem até certo ponto e a seguir até desaparecerem.Uma possível colisão envolvendo um satélite artificial e um detrito espacial, apenasocasionaria uma explosão caso existisse uma quantidade de combustível considerável em seutanque de combustível, ou no tanque do objeto errante. Para criar a cena da colisão, foi utilizada a ferramenta Fracture Tools do Blender,que serve para criar efeitos de quebra de objetos em várias partes, com ou sem colisão. Para acriação do efeito de explosão foram utilizadas partículas, adicionando-se um sistema departículas a uma esfera colocada dento do corpo do satélite, com o objetivo de simular talefeito. No frame em que a colisão acontece o sistema é ativado, gerando as partículas que por
  35. 35. 34sua vez são emitidas por todas as faces da esfera. Após o modelo do satélite ser despedaçado,as partículas vão se afastando criando o efeito desejado de explosão, até a sua extinção em umtempo pré- determinado. Por outro lado, as partes do objeto continuam seguindo a trajetóriaoriginal do satélite, como ocorreria na realidade, em caso de uma explosão. Obteve-se como resultado a representação da figura 18. As partes forammodeladas fora da escala real para proporcionar uma melhor representação visto que emescala real tais elementos ficariam imperceptíveis com relação à Terra. Figura 18 - Animação da quebra do satélite artificial em várias partes. Sem os mecanismos de controle do posicionamento do satélite artificial, aspartes remanescentes da colisão comportam-se de acordo com a física existente, seguindouma trajetória em forma de „anel‟ em órbita da Terra como demonstrada na Figura 19, queretrata a colisão entre o satélite russo inativo da série Cosmos com um satélite americano
  36. 36. 35ativo, o Iridium 33. Os pontos na cor vermelha representam as partes remanescentes de ambosos satélites, seguindo trajetórias correspondentes às direções em que tais satélites semovimentavam em sua órbita em torno da Terra. Os pontos verdes são demais objetos queestão na órbita terrestre. Figura 19 - Partes Remanescentes de uma colisão (Fonte: Tela de um vídeo criado pela AGI – http://www.agi.com)3.4 O Movimento da Câmera e Geração da Animação A movimentação da câmera virtual possibilita dar um maior realismo à animação,além de simular a ideia de movimento. Para criar a ideia de movimento de câmera, foiutilizada uma funcionalidade disponível no Blender que permite a utilização de curvas para acriação de uma trajetória que definirá o caminho a ser percorrido pela câmera. Como se pode
  37. 37. 36observar na figura 20, o path (caminho) está representado pela linha em destaque dentro doretângulo vermelho, indica a trajetória que a câmera virtual deverá percorrer. Figura 20 - Caminho da câmera virtual O vídeo foi gerado a partir da criação de diversas cenas que compõem a animação,criando uma simulação computacional de como seria o efeito dinâmico de uma colisão de umobjeto qualquer (lixo espacial) com um satélite de comunicações, levando em conta osaspectos mais relevantes de tal acontecimento. Para facilitar o processo, a renderização foi dividida em quatro partes, gerandoassim quatro arquivos distintos no formato MPEG que foram anexados posteriormentecriando-se um único vídeo com uma taxa de 33 frames por segundo, o que possibilitou umaboa qualidade das imagens, e a impressão de movimento das partes componentes do vídeo.
  38. 38. 374 O APLICATIVO EM NCL Para se construir um documento hipermídia NCL, segundo SOARES &BARBOSA (2009), deve–se „responder‟ quatro questões fundamentais; O quê? Onde? Como?e Quando?, ou seja, o que será exibido, em que posição da tela, com que características, comovolume, transparência e duração, entre outros, e em que tempo e ordem de exibição (e/ou apósque comando). O quê? - Todos os elementos que fazem parte do aplicativo, tais como vídeos,imagens e áudio, são chamados de mídia e são representados através de nós de mídiadefinidos dentro de um contexto, que representa todo o documento ou parte dele, no qual énecessário utilizar uma porta, para acessar a mídia inicial, como demonstra a Figura 21. Figura 21- Contexto Como? - A forma como a mídia é apresentada é definida através de descritores,que podem controlar características dos elementos, tais como o volume de um áudio ou atransparência de uma imagem, por exemplo. Ao se definir um descritor, associa-se uma regiãoa ele. Um descritor não possui uma representação gráfica.
  39. 39. 38 Onde? - Após a definição das mídias, deve–se definir as posições onde cadaelemento será apresentado, ou seja, a posição na tela e o tamanho, através de elementosdenominados regiões. Figura 22 – Regiões Quando? - Após definir qual a primeira mídia a ser apresentada associando-seuma porta a esta, é feita a definição da ordem de apresentação ligando-se cada mídia atravésde elos, ou links, e o comportamento de cada elo é definido através de conectores, comorepresentado graficamente na Figura 23.
  40. 40. 39 Figura 23 - Contexto e Links4.1 Estrutura de um documento NCL Bem como em qualquer arquivo XML, um documento hipermídia NCL apresentaum cabeçalho XML em sua primeira linha de código. Além disso, faz parte do documentoNCL o cabeçalho (<head>) e o corpo do documento (<body>), como demonstra a Figura 24. Figura 24 – Estrutura de um documento NCL (Fonte: http://www.telemidia.puc-rio.br/?q=pt-br/node/554)
  41. 41. 40 No apêndice foi anexado o código fonte em NCL da interface desenvolvida.4.2 Desenvolvimento do Aplicativo Para a criação do aplicativo foi utilizado o software NCL Composer, desenvolvidopelo Laboratório de TeleMidia da PUC-Rio disponível na internet gratuitamente. Este programa possibilitou a criação do aplicativo em NCL de maneira rápida,satisfazendo-se as principais necessidades para o seu desenvolvimento. No aplicativo foram inseridos o vídeo da simulação da colisão e explosão dosatélite artificial, juntamente com outros elementos pertinentes ao tema que dão mais ênfaseao assunto em questão, com o objetivo de demonstrar as potencialidades da linguagem NCL ea interatividade no uso de janelas e menus na interface gráfica. Cada elemento de mídia é mostrado em um tempo pré-determinado durante aexibição do vídeo da animação. Tais elementos aparecem nos cantos superiores da tela comum tamanho reduzido. Porém o usuário poderá selecionar uma mídia clicando em cima delecom o botão direito do mouse ou apertando a tecla Enter e isto fará com que o vídeo principaltroque de posição com a mídia selecionada (gráfico ou o vídeo menor), dando assim maisdestaque a ela. Ainda existe a possibilidade de o usuário pausar a animação e/ou desativar o som,além de visualizar cada elemento separadamente, através de um menu apresentado do ladoesquerdo da tela. A Figura 25 apresenta a configuração das regiões utilizadas para a apresentaçãodas mídias que fazem parte do aplicativo. Cada mídia foi associada a uma determinada região.
  42. 42. 41 Figura 25 – Visão de Layout do Composer (Regiões) A Figura 26 mostra a tela da visão estrutural do aplicativo criado no Composer,onde cada elemento de mídia é representado por uma figura, dentro do contexto, comodescrito no inicio deste capitulo e representado pelas Figuras 21 e 23. As conexões entre osdiversos elementos também estão representadas na figura.
  43. 43. 42 Figura 26 – Visão Estrutural do Aplicativo no Composer O contexto é iniciado por uma porta única, que acessa a imagem de fundo, que é oprimeiro elemento a ser exibido. A partir daí todos os elementos são ligados através de linkscom conectores, que controlam o comportamento de cada item. Um tempo após ainicialização da imagem de fundo, começa a exibição do vídeo principal contendo aanimação, a música, e cada elemento subsequente, sendo que determinados elementos sóserão exibidos caso o usuário o selecione, usando a capacidade de interatividade do aplicativo. A Figura 27 demonstra a tela da visão textual do Composer, onde fica o códigogerado.
  44. 44. 43 Figura 27 – Tela Textual do Aplicativo no Composer4.3 Testes Apesar de não ter sido realizado nenhum teste quantitativo, pode-se observar quetanto o desenvolvimento dos modelos e animações utilizando-se o Blender, quanto odesenvolvimento da interface através do Composer, tiveram um desempenho melhor quandoo sistema operacional Linux foi utilizado. Este trabalho começou a ser desenvolvidoutilizando-se o sistema operacional Windows 7 e foi concluído no Linux Ubuntu 10.04 o qualse mostrou mais eficiente em todos os quesitos, desde a renderização até a execução doaplicativo. Para a validação da aplicação NCL criada, foi utilizado o NCL Validation Service(NCL-VS), que é um serviço disponível no site: [http://validator.ncl.org.br/index.php], quetem a função de fazer a validação online de documentos NCL, utilizando para isto o NCLValidator, desenvolvido pelo Laboratório de Sistemas Avançados da Web (LAWS), daUniversidade Federal do Maranhão [http://www.deinf.ufma.br], que juntamente com a PUC-Rio, é referencia no padrão Ginga.
  45. 45. 44 O NCL-VS indica possíveis erros no documento NCL fazendo a análisesemântica, verificação das cardinalidades de elementos filhos e de elementos obrigatórios,entre outros. Como pode ser observado na Figura 28, o NCL-VS indica diversos erros nocódigo fonte, caso estes sejam detectados. No caso da figura 28, estes erros foram inseridospropositalmente para verificar a eficácia da ferramenta de validação, antes de sua utilizaçãona validação do aplicativo em questão. Figura 28 - Página do NCL Validation Service contendo erros inseridos propositalmente.
  46. 46. 45 A Figura 29 apresenta a tela do NCL Validation Service no qual foi inserido ocódigo fonte do aplicativo criado, com a resposta de que o documento foi avaliado comsucesso, o que significa que este passou no teste de validação. Figura 29 - Página do NCL Validation Service sem erros4.4 Problemas Encontrados Durante o desenvolvimento do aplicativo foi observada certa instabilidade noComposer. Por se tratar de um software novo e em versão Beta, tal fato torna-se aceitável.
  47. 47. 46Uma possível instabilidade é mencionada inclusive no site do programa(http://composer.telemidia.puc-rio.br/). Existem fóruns de discussão e espaço na rede para se relatar falhas encontradas.No nosso caso, foram relatados alguns problemas como:  O travamento do programa ao adicionar um elo, quando o contexto está com diversos elementos de mídia, sendo necessário reiniciar o sistema;  Ao abrir um projeto já salvo, o „Zindex‟, funcionalidade que agrupa regiões na frente ou atrás de outras regiões, é perdido.
  48. 48. 475 RESULTADOS OBITIDOS O Composer trouxe um ganho de produtividade ao desenvolvimento doaplicativo, facilitando a programação e gerando parte do código automaticamente. Além depossuir uma interface agradável, que permite inclusive uma customização do seu layout porparte do programador, o software tem como objetivo preparar o código-fonte para umrefinamento posterior. Ele possui uma base de conectores que pode ser facilmente incorporadaao aplicativo. Os pequenos problemas na versão disponível (beta) do Composer nãoprejudicaram o desenvolvimento em si, e levando-se em consideração que esta é umaferramenta relativamente nova, tais fatos são aceitáveis e deverão ser corrigidos aos poucos, oque é facilitado pelo fato do programa ser de código aberto. O Blender, por sua vez atendeu todas as expectativas, permitindo a criação daanimação de forma satisfatória, possuindo uma farta documentação e fontes de consulta. A aplicação tem como elemento principal a animação gerada, simulando a colisãode um objeto vagando em órbita da Terra (lixo espacial) com um satélite de comunicações. Ovídeo gerado com a animação tem a duração de um minuto e trinta segundos. Foi criada uma tela de menu, onde foram colocados o vídeo da animação gerado,o gráfico do crescimento do lixo espacial, o vídeo da colisão dos satélites e um texto contendoo resumo desta monografia. Cada elemento pode ser selecionado e visto separadamente.Como pode ser observado na figura 30.
  49. 49. 48 Figura 30 – Tela de Menu do aplicativo A figura 31 apresenta a tela inicial, que é exibida automaticamente na suainicialização do aplicativo e foi criada em forma de imagem. Já a figura 32 mostra a tela doaplicativo com a animação sendo exibida e uma legenda. Existem quatro legendas que sãoexibidas no decorrer desta animação. E do lado esquerdo são exibidos os botões Menu, Pausa,Play, Sair, Ativar e Desativar o som, que podem ser selecionados a qualquer momento.
  50. 50. 49 Figura 31 – Tela inicial do aplicativo Figura 32 – Animação sendo apresentada. Os elementos adicionais são exibidos em um tempo pré–determinado. Taiselementos são: um gráfico demonstrando o crescimento do lixo espacial ao longo do tempo,
  51. 51. 50um vídeo com uma simulação computadorizada da colisão de dois satélites e a representaçãode outros objetos e satélites na órbita da Terra, e uma janela explicativa do gráficoapresentado. A interface contendo esses elementos pode ser observada na figura 33. Figura 33 – Tela com a animação sendo exibida juntamente com outros elementos. Ao selecionar um dos objetos de mídia citados acima, a animação principal passapara a posição deste, e tal mídia é exibida na janela maior, na posição antes ocupada pelaanimação, como exposto nas figuras 34 e 35.
  52. 52. 51 Figura 34 – Tela com gráfico maior e a animação reduzida. Figura 35 – Tela com a animação reduzida e um segundo vídeo em tela grande. Ao selecionar um dos elementos da tela de menu (Figura 30), este é exibido emtamanho grande ocupando grande parte da tela, sendo que ao clicar com o botão esquerdo do
  53. 53. 52mouse ou pressionada a tecla <Enter>, a figura volta ao seu tamanho original e a tela de menu(Figura 30) é exibida novamente. A Figura 36 apresenta a tela ao ser selecionada à opção do Gráfico doCrescimento do Lixo Espacial. Figura 36 – Gráfico sendo exibido a partir da tela de menu. Já a Figura 37 exibe a tela ao ser selecionada a opção resumo do TCC, na tela demenu. Nesse caso, é exibido o resumo desta monografia escrito em arquivo de texto semformatação. A Figura 38 representa a tela de exibição do vídeo da simulação da colisão dedois satélites que é exibida no decorrer da apresentação da animação.
  54. 54. 53 Figura 37 – Texto sendo exibido a partir da tela de menu. Figura 38 – Vídeo sendo exibido a partir da tela de menu. A Figura 39 apresenta a tela em que o vídeo da animação gerada é exibida a partirda sua seleção na tela de menu.
  55. 55. 54 Figura 39 – Animação sendo exibido a partir da tela de menu. Tal aplicativo pode ser transmitido e exibido através da tecnologia de TV Digitalou exibido em qualquer computador após a instalação de um software especifico. Um pluginque permitirá a exibição de conteúdos NCL em navegadores de internet está sendodesenvolvido pela PUC-Rio para Firefox e Google Chrome, com previsão de lançamento paradezembro de 2012.
  56. 56. 556 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS A animação foi concluída de forma satisfatória possibilitando a simulação de umapossível colisão de um detrito espacial com um satélite artificial. A questão do aumento detais objetos em órbita da Terra e do problema acarretado por este fato foi abordado. Foitambém utilizada a técnica de sistemas de partículas na modelagem dos objetos,possibilitando a simulação do efeito de explosão. O aplicativo em NCL foi desenvolvido dentro das expectativas, sendo validadoatravés de ferramentas apropriadas e possibilitando assim a abordagem do tema proposto deuma forma original, abrindo horizontes para a sua exibição através da TV Digital, IPTV oucomo aplicativo desktop, sendo possível também a sua exibição futura através de navegadoresweb assim que o plugin necessário para este fim for disponibilizado pelos desenvolvedores.Desse modo, o usuário pode acessar as informações de uma maneira interativa, tornando suapesquisa sobre o tema mais agradável e interessante. Como sugestão para trabalhos futuros fica a possibilidade de aprimoramento donível de realismo da animação com a simulação mais realista dos efeitos da explosão, adiçãode novos elementos, e melhora dos componentes modelados, além da simulação de outrostipos de colisão em que ocorram apenas danos aos objetos, e modelagem de outros tipos desatélites artificias. O aperfeiçoamento da simulação dos efeitos físicos que ocorrem em taisacontecimentos também poderia ser considerado em trabalhos futuros. O incremento emelhoria do aplicativo com a inserção de outras informações e mídias, aprimoramento nolayout de exibição, e o uso de dispositivos móveis tais como tablets e celulares comoreceptores e exibidores de informações, funcionalidades estas que estão previstas edisponíveis para aplicativos desenvolvidos utilizando-se a linguagem NCL.
  57. 57. 56REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSIS, André Kock Torres. Principia: Princípios Matemáticos de FilosofiaNatural, Livro II: O Movimento dos Corpos (em Meios com Resistência) e Livro III: OSistema do Mundo (Tratado Matematicamente), tradução a partir do livro Sir Isaac Newton‟sMathematical Principles of Natural Philosophy, Edusp, São Paulo, 2008. AZEVEDO, Eduardo; CONCI, Aura. Computação Gráfica: teoria e prática. 4a ed.Rio de Janeiro: Editora Campus, 2003. BARAF, David; WIKIN, Andrew. Physically Based Modeling: Principles andPractice, Siggraph 97 Course Notes, 1997. BLENDER WIKI, Documentação e informações do software Blender, USA,2012. Disponível em: http://wiki.blender.org/index.php/File:Blender3D_Partocles-Mode-Image.jpg>. Último acesso em 15 out 2011. BRITO, Allan. Blender 3D: guia do usuário, 4a ed. São Paulo: Editora Novatec,2011. CALOMENI, A. Efeitos Visuais utilizando Sistemas de Partículas. Rio deJaneiro: PUC-RJ, 2002. (Monografia). GINGA NCL, Site Oficial do Middleware Ginga, Brasil, 2012. Disponível em:<http://www.gingancl.org.br>. Último acesso em: 28 out. 2012. HALLIDAY, David Fundamentos da Física 2, vol. 1, 5 ed. Rio de Janeiro LTC,2004. KARASINSKI, Lucas. Como uma chama se comporta em um ambiente semgravidade?, 2012. Disponível em: <http://www.tecmundo.com.br/mega-curioso/25188-como-uma-chama-se-comporta-em-um-ambiente-sem-gravidade-video-.htm#ixzz2AddzPeAH/>.Último acesso em 26 ago 2012.
  58. 58. 57 NASA, Orbital Debris Quarterly News, International Space Station Avoids Debrisfrom Old NASA Satellite. Houston (USA): NASA Orbital Debris Program Office, Volume15, Issue 1, January 2011. NASA, Visible Earth. A catalog of NASA images and animations of our homeplanet, USA. Disponível em: < http://visibleearth.nasa.gov/>. Último acesso em 13 out 2102. NETO, Carlos de Salles Soares; SOARES, Luiz Fernando Gomes; RODRIGUES,Rogério Ferreira; BARBOSA, Simone Diniz Junqueira. Construindo Programas AudiovisuaisInterativos Utilizando a NCL 3.0. Rio de Janeiro: PUC-Rio, 2010. (Apostila). REEVES, Willian. T.; BLAU, Ricki.: Approximate and Probabilistic Algorithmsfor Shading and Rendering Structured Particle Systems. In: SIGGRAPH 1985: Proceedings ofthe 12th annual conference on Computer Graphcs and interactive thecnics, pp. 313-322. ACMPress, New York, 1985. REEVES, William T. Particle Systems: A Technique for Modeling a Class ofFuzzy Objects. ACM. Computer Graphics, Proceedings of Siggraph. vol. 17, nº 3, 1983, p.359-375. ROOSENDAAL, Ton. History of Blender. Disponível em:<http://www.blender.org/blenderorg/blender-foundation/history/>. Último acesso em: 20 mai2012. SIMS, K. Particle Dreams, Siggraph Video Review, ACM SIGGRAPH, NewYork, 1988. SOARES, Luiz Fernando Gomes; BARBOSA, Simone Diniz Junqueira.Programando em NCL: desenvolvimento de aplicações para middleware Ginga, TV digital eWeb. Rio de Janeiro: Elsevier, 2009
  59. 59. 58 APÊNDICE – CÓDIGO NCL 1 <?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?> 2 <ncl id="myNCLDocID"> 3 <head> 4 <connectorBase id="connBaseId"> 5 <importBase alias="conn" documentURI="defaultConnBase.ncl"/> 6 <causalConnector id="onKeySelectionAbortStop"> 7 <connectorParam name="vKey"/> 8 <simpleCondition role="onSelection" key="$vKey"/> 9 <compoundAction operator="par">10 <simpleAction role="abort" max="unbounded"/>11 <simpleAction role="stop"/>12 </compoundAction>13 </causalConnector>14 </connectorBase>15 <regionBase id="rgbase1">16 <region height="100.00%" id="FundoReg" left="0.00%" top="0.00%"17 width="100.00%" zIndex="10">18 <region height="80.00%" id="TelaPrincipalReg" left="8.78%"19 top="4.38%" width="72.83%" zIndex="4">20 <region height="100.00%" id="TelaPrincipalDoisDesc"21 left="0.00%" top="0.00%" width="100.00%" zIndex="12"/>22 </region>
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