Design of a Virtual Reality Framework for Maintainability and assemblability test of complex systems

This paper presents a unique environment whose features are able to satisfy requirements for both virtual maintenance and virtual manufacturing through the conception of original virtual reality (VR) architecture. Virtual Reality for the Maintainability and Assemblability Tests (VR_MATE) encompasses VR hardware and software and a simulation manager which allows customisation of the architecture itself as well as interfacing with a wide range of devices employed in the simulations. Two case studies are presented to illustrate VR_MATE's unique ability to allow for both maintainability tests and assembly analysis of an aircraft carriage and a railway coach cooling system respectively. The key impact of this research is the demonstration of the potentialities of using VR techniques in industry and its multiple applications despite the subjective character within the simulation. VR_MATE has been presented as a framework to support the strategic and operative objectives of companies to reduce product development time and costs whilst maintaining product quality for applications which would be too expensive to simulate and evaluate in the real world.

Virtual Ergonomics and Time optimization of a Railway Coach Assembly Line

The recent drive towards timely multiple product realizations has caused most Manufacturing Enterprises (MEs) to develop more flexible assembly lines supported by better manufacturing design and planning. The aim of this work is to develop a methodology which will support feasibility analyses of assembly tasks, in order to simulate either a manufacturing process or a single work-cell in which digital human models act. The methodology has been applied in a case study relating to a railway industry. Simulations were applied to help standardize the methodology and suggest new solutions for realizing ergonomic and efficient assembly processes in the railway industry.

Development of a novel immersive interactive virtual reality cricket simulator for cricket batting

Research in the field of sports performance is constantly developing new technology to help extract meaningful data to aid in understanding in a multitude of areas such as improving technical or motor performance. Video playback has previously been extensively used for exploring anticipatory behaviour. However, when using such systems, perception is not active. This loses key information that only emerges from the dynamics of the action unfolding over time and the active perception of the observer. Virtual reality (VR) may be used to overcome such issues. This paper presents the architecture and initial implementation of a novel VR cricket simulator, utilising state of the art motion capture technology (21 Vicon cameras capturing kinematic profile of elite bowlers) and emerging VR technology (Intersense IS-900 tracking combined with Qualisys Motion capture cameras with visual display via Sony Head Mounted Display HMZ-T1), applied in a cricket scenario to examine varying components of decision and action for cricket batters. This provided an experience with a high level of presence allowing for a real-time egocentric view-point to be presented to participants. Cyclical user-testing was carried out, utilisng both qualitative and quantitative approaches, with users reporting a positive experience in use of the system.

O uso das comunidades virtuais no ensino secundário: o caso do "Palco Virtual" ESEN-Net

A evolução do fluxo de informação e os potenciais da comunicação entre pessoas têm-se revelado deveras importante para o sucesso de diferentes organizações. A escola, enquanto organização social, apresenta uma complexidade natural própria a que se juntam todas as valências de ordem educativa, curricular e pedagógica. Tanto no âmbito educativo como organizacional, as Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) têm vindo a assumir um papel cada vez mais influente e imprescindível. Baseado numa metodologia de trabalho participativo e colaborativo, a construção de “palcos virtuais” resulta de uma análise de requisitos funcionais. Deste modo elabora-se um diagnóstico das necessidades de informação pela replicação das práticas diárias que podem ser quer suportadas, quer melhoradas por esta nova solução, fazendo-se um aproveitamento dos recursos físicos e humanos existentes nas escolas. A partir da iniciativa individual de um professor do grupo de informática da ESEN (Escola Secundária de Emídio Navarro – Viseu), teve início em 1999 o projecto ESEN-Net, como uma proposta de metodologia genérica para a construção de soluções baseadas em intranets para a gestão pedagógica de escolas do ensino secundário. O objectivo central deste trabalho é estudar uma comunidade que desenvolve um projecto de integração das TIC numa escola secundária, no sentido de proporcionar elementos que possam servir como contributos para melhorar a sua organização e, eventualmente, como referência para o desenvolvimento de projectos idênticos noutras escolas. A recolha de dados demonstra que a integração da TIC e o palco virtual ESEN-net veio transformar as práticas diárias na comunidade educativa através da utilização das redes telemáticas como instrumentos de ensino-aprendizagem. As TIC e o palco virtual ESEN-net vieram trazer benefícios à comunidade escolar, facilitando assim a criação e partilha de informação e contribuindo para a criação e desenvolvimento de uma comunidade virtual, onde a construção do saber pode ser feita de uma forma activa e partilhada.

Gesture interaction in music for instruments and electroacoustic sounds

Esta tese apresenta alguns aspectos em como o fenómeno do gesto musical pode ser compreendido na percepção da interação musical na música para instrumentos e sons electroacústicos. Através de exemplos de análise, classificação e categorização de diferentes relacões gestuais entre instrumentos e sons electroacústicos, pretende-se estabelecer modelos específicos de interacção que podem ser aplicados como método analítico assim como na composição musical. A pesquisa parte de uma variedade de definições sobre gesto musical na música em geral, na música contemporânea e na música electroacústica em particular, para subsequentemente incluir as relações entre dois eventos sonoros com características diferentes - o electroacústico e o instrumental. São essencialmente abordadas as relações entre gestos musicais através da análise de diversas características: altura, ritmo, timbre, dinâmica, características contrapontísticas, espectromorfológicas, semânticas e espaciais. O resultado da pesquisa teórica serviu de suporte à composição de diversas obras, onde estes aspectos são explorados sob o ponto de vista da criação musical.

O ensino e aprendizagem online da estatística descritiva

Tendo em conta que a Universidade Eduardo Mondlane é a primeira instituição, em Moçambique, a oferecer cursos completamente baseados na Web, o presente estudo constitui uma das primeiras investigações com a qual se pretende perceber qual o impacto de um módulo assente na compreensão de conceitos e na resolução de tarefas, fortemente apoiadas por uma Folha de Cálculo, estruturado numa lógica de webquest e lecionado a distância, rentabilizando-se potencialidades da plataforma virtual Aulanet, no desenvolvimento de competências tecnológicas e de conhecimentos, capacidades e atitudes relacionados com a Estatística descritiva. Para dar resposta às questões de investigação formuladas, optou-se por uma abordagem qualitativa e por uma estratégia de estudo de caso que se desenvolveu num contexto próximo da lógica da investigação - ação. Os principais participantes foram alunos do Curso de Licenciatura em Gestão de Negócios da UEM em Moçambique, a frequentar a disciplina de Estatística Aplicada. Para a recolha de dados, privilegiaram-se as técnicas da inquirição, análise documental e observação direta e participante, e diversos instrumentos como questionários e entrevistas, produções dos alunos, intervenções no fórum de debate, no Chat, testes e trabalhos, diário de bordo e notas de campo, com vista à triangulação metódica. A análise estatística e de conteúdo dos dados recolhidos permite constatar que a aprendizagem, à distância, de Estatística Descritiva, explorando-se meios tecnológicos de informação e de comunicação online e folha de cálculo Excel, inscritos numa estratégia de webquest ,potencia o desenvolvimento de competências tecnológicas e de conhecimentos, capacidades e atitudes relacionados com o tema. Paralelamente, permitiu refletir sobre as condições de ensino e de aprendizagem que podem favorecer tais práticas.

O questionamento como elemento integrador do blogue nas aulas de ciências

A investigação sobre a promoção do questionamento na relação pedagógica revela ser uma estratégia que valoriza o papel do aluno enquanto aquele que aprende, alterando a forma como as aulas são vividas por alunos e professores. Perante a inexistência de estudos que ensaiem o estímulo ao questionamento e, simultaneamente, integrem a Web 2.0 no processo de ensino e de aprendizagem no Ensino Básico, delineou-se a presente investigação. O estudo situa-se, assim, na interseção de dois campos: por um lado, as potencialidades do incentivo ao questionamento no processo pedagógico e, por outro, a integração educativa das TIC. A questão de Investigação que orientou este estudo foi a de avaliar de que forma é que o incentivo ao questionamento poderia contribuir para integrar o blogue de disciplina no trabalho em sala de aula de Ciências Naturais. Assim, concebemos, implementámos e avaliámos uma intervenção didática centrada na promoção da competência de questionamento, dando voz aos alunos, estimulando-os a formularem perguntas sobre os conteúdos, tanto presencialmente como no blogue da disciplina, denominado por “Mentes Curiosas”, utilizando essas perguntas como elementos integradores dos dois espaços. O estudo seguiu uma metodologia de investigação-ação e envolveu 36 alunos do 9.º ano de escolaridade, divididos em duas turmas, na disciplina de Ciências Naturais. Os instrumentos e métodos de recolha de dados foram diversificados, tendo todos os dados sido submetidos a uma análise de conteúdo. O estudo revela que os alunos utilizaram o blogue respondendo aos desafios colocados escrevendo comentários, respostas e, sobretudo, fazendo perguntas para as quais gostariam de obter respostas. O docente integrou essas perguntas na prática letiva dando continuidade às discussões de um ambiente para o outro, utilizando, desta forma, as perguntas dos alunos para a integração dos dois ambientes. A análise do questionamento registado revela que as perguntas online estão mais centradas nos conteúdos científicos e apresentam maior qualidade cognitiva quando comparadas com as formuladas em sala de aula. Por sua vez, no contexto presencial, as perguntas escritas são de maior nível de complexidade do que as perguntas orais. Através das diversas estratégias implementadas, quer para a promoção da capacidade de escrever perguntas, quer no trabalho realizado com o blogue, transformou-se a dinâmica do trabalho em sala de aula, melhorando-se o empenhamento dos alunos na aprendizagem. A estratégia de incentivo ao questionamento pelos alunos revelou-se, assim, como um fator que permite integrar de forma profícua o ambiente online no ambiente presencial neste nível de ensino. Por fim, a reflexão que fomos fazendo sobre as potencialidades do questionamento na relação professor-alunos-conteúdos, tanto no ambiente presencial como no virtual, levou-nos a perspetivar as perguntas segundo duas dimensões: Competência Cognitiva e Estratégia Didática. Enquanto Competência, o questionamento assume a função de ferramenta cognitiva e de regulador do processo de ensino e de aprendizagem. Enquanto Estratégia, a pergunta pode ser encarada como uma ferramenta didática na relação dialógica que se estabelece entre professor e alunos.

Can virtual environments enhance the learning of historical chronology?

Historical time and chronological sequence are usually conveyed to pupils via the presentation of semantic information on printed worksheets, events being rote-memorised according to date. We explored the use of virtual environments in which successive historical events were depicted as “places” in time–space, encountered sequentially in a fly-through. Testing was via “Which came first, X or Y?” questions and picture-ordering. University undergraduates experiencing the history of an imaginary planet performed better after a VE than after viewing a “washing line” of sequential images, or captions alone, especially for items in intermediate list positions. However, secondary children 11–14 years remembered no more about successive events in feudal England when they were presented virtually compared with either paper picture or 2-D computer graphic conditions. Primary children 7–9 years learned more about historical sequence after studying a series of paper images, compared with either VE or computer graphic conditions, remembering more in early/intermediate list positions. Reasons for the discrepant results are discussed and future possible uses of VEs in the teaching of chronology assessed. Keywords: timeline, chronographics

Do challenge, task experience or computer familiarity influence the learning of historical chronology from virtual environments in 8–9 year old children?

Studies examined the potential use of Virtual Environments (VEs) in teaching historical chronology to 127 children of primary school age (8–9 years). The use of passive fly-through VEs had been found, in an earlier study, to be disadvantageous with this age group when tested for their subsequent ability to place displayed sequential events in correct chronological order. All VEs in the present studies included active challenge, previously shown to enhance learning in older participants. Primary school children in the UK (all frequent computer users) were tested using UK historical materials, but no significant effect was found between three conditions (Paper, PowerPoint and VE) with minimal pre-training. However, excellent (error free) learning occurred when children were allowed greater exploration prior to training in the VE. In Ukraine, with children having much less computer familiarity, training in a VE (depicting Ukrainian history) produced better learning compared to PowerPoint, but no better than in a Paper condition. The results confirmed the benefit of using challenge in a VE with primary age children, but only with adequate prior familiarisation with the medium. Familiarity may reduce working memory load and increase children’s spatial memory capacity for acquiring sequential temporal-spatial information from virtual displays. Keywords: timeline, chronographics

Fuzzy Ensembles for Embedding Adaptive Behaviours in Semi-Autonomous Avatars in 3D Virtual Worlds

Semi-autonomous avatars should be both realistic and believable. The goal is to learn from and reproduce the behaviours of the user-controlled input to enable semi-autonomous avatars to plausibly interact with their human-controlled counterparts. A powerful tool for embedding autonomous behaviour is learning by imitation. Hence, in this paper an ensemble of fuzzy inference systems cluster the user input data to identify natural groupings within the data to describe the users movement and actions in a more abstract way. Multiple clustering algorithms are investigated along with a neuro-fuzzy classifier; and an ensemble of fuzzy systems are evaluated.

A Framework for Human-like Behavior in an Immersive Virtual World

Just as readers feel immersed when the story line adheres to their experiences, users will more easily feel immersed in a virtual environment if the behavior of the characters in that environment adheres to their expectations, based on their lifelong observations in the real world. This paper introduces a framework that allows authors to establish natural, human-like behavior, physical interaction and emotional engagement of characters living in a virtual environment. Represented by realistic virtual characters, this framework allows people to feel immersed in an Internet based virtual world in which they can meet and share experiences in a natural way as they can meet and share experiences in real life. Rather than just being visualized in a 3D space, the virtual characters (autonomous agents as well as avatars representing users) in the immersive environment facilitate social interaction and multi-party collaboration, mixing virtual with real.

REVERIE: Natural Human Interaction in Virtual Immersive Environments

REVERIE (REal and Virtual Engagement in Realistic Immersive Environments [1]) targets novel research to address the demanding challenges involved with developing state-of-the-art technologies for online human interaction. The REVERIE framework enables users to meet, socialise and share experiences online by integrating cutting-edge technologies for 3D data acquisition and processing, networking, autonomy and real-time rendering. In this paper, we describe the innovative research that is showcased through the REVERIE integrated framework through richly defined use-cases which demonstrate the validity and potential for natural interaction in a virtual immersive and safe environment. Previews of the REVERIE demo and its key research components can be viewed at www.youtube.com/user/REVERIEFP7.