SisSolXR - Sistema Solar em Realidade Mista

Exploração Imersiva e Interativa do Sistema Solar em Realidade Mista para Educação em Astronomia

O SisSolXR foi projetado para proporcionar uma experiência imersiva e interativa de aprendizado sobre o Sistema Solar dentro de um ambiente de Realidade Mista. Utilizando óculos de Realidade Virtual (RV) compatíveis com rastreamento de mãos, a aplicação permite a expĺoração do Sistema Solar em escala, dentro do espaço físico de uma sala de aula, laboratório de ensino ou qualquer ambiente coberto.

O SisSolXR é uma aplicação de código aberto podendo ser obtido em:

• Versão atualizada no GitHub
• Versão publicada:

Objetivos Educacionais

• Visualizar e compreender as escalas de tamanho e distância no Sistema Solar.
• Explorar as órbitas e movimentos dos planetas ao redor do Sol.
• Comparar os diâmetros planetários em escala.
• Compreender a dimensão do Sol em relação aos planetas.
• Promover a interação e colaboração entre participantes no ambiente de aprendizado.

O Ambiente de Realidade Mista

Ao iniciar o SisSolXR em óculos de RV, os participantes são colocados em um ambiente de Realidade Mista que integra o espaço físico real da sala de aula com elementos virtuais:

• Espaço Real Integrado: Os participantes continuam vendo o ambiente físico da sala de aula através dos óculos de RV, permitindo a interação com colegas e o mediador, e a movimentação livre no espaço.
• Janela para o Espaço Sideral: Paredes virtuais são sobrepostas nas paredes da sala, criando a ilusão de um espaço aberto acima do teto, como uma “janela para o espaço sideral” (o “espaço superior”). O espaço da sala ao nível do chão é chamado de “espaço inferior”.
• Objetos Virtuais Interativos: O Sol e os planetas do Sistema Solar são renderizados como objetos 3D virtuais dentro deste ambiente misto.

Interação com o Aplicativo

A interação no SisSolXR é feita principalmente através do rastreamento das mãos:

• Mãos Virtuais: As mãos dos usuários são rastreadas e representadas virtualmente como “luvas virtuais” no ambiente misto.
• Apertar Botões: Botões virtuais podem ser pressionados com as mãos virtuais para iniciar ações e navegar na aplicação.
• Painel de Controle: Um painel de controle virtual é invocado por um botão inicial no centro da sala. Este painel, visível apenas para quem o invocou (geralmente o mediador), permite controlar as etapas da atividade e selecionar planetas.

Etapas da Atividade Educacional SisSolXR

O SisSolXR é estruturado em quatro etapas principais, cada uma focada em diferentes aspectos do Sistema Solar:

Etapa 1: Raios Orbitais em Escala no Espaço Superior

• Objetivo: Visualizar as distâncias relativas dos planetas ao Sol (raios orbitais) em escala.
• Descrição: Os planetas são posicionados no “espaço superior” (acima do teto virtual), em planos orbitais a cerca de 10 metros do solo. Os raios orbitais são transformados para caberem no espaço virtual, com Mercúrio mais próximo do Sol e Netuno mais distante. Os diâmetros e velocidades de translação dos planetas são ajustados para serem visíveis e perceptíveis a essa distância. As velocidades de rotação são menos relevantes nesta etapa.
• Conteúdo Educacional: Escala do Sistema Solar, distâncias planetárias, órbitas planetárias.

Etapa 2: Apreciação Individual dos Planetas no Espaço Inferior

• Objetivo: Explorar cada planeta individualmente, focando em suas características visuais e movimentos.
• Descrição: Os planetas são trazidos um a um para o “espaço inferior” (nível da sala). Seus diâmetros e velocidades de translação são ajustados para que tenham um tamanho apreciável (30 a 40 cm de diâmetro) e órbitas menores (2 m de raio) ao redor do Sol, a cerca de 1,5 m do solo. A inclinação dos eixos de rotação planetária é representada fielmente. O Sol também é renderizado no “espaço inferior”, mas com um diâmetro reduzido (20 cm) para focar nos planetas.
• Conteúdo Educacional: Características dos planetas (superfície, atmosfera), período orbital, período de rotação, inclinação axial.

Etapa 3: Diâmetros Planetários em Escala no Espaço Inferior

• Objetivo: Comparar os tamanhos dos planetas em escala relativa.
• Descrição: Os planetas permanecem no “espaço inferior”. Os diâmetros dos planetas são ajustados usando uma transformação de escala para representar o tamanho relativo entre eles. O Sol permanece com o mesmo tamanho e posição da Etapa 2 (não está em escala nesta etapa).
• Conteúdo Educacional: Tamanho relativo dos planetas, comparação de dimensões planetárias.

Etapa 4: Sol em Escala no Espaço Superior

• Objetivo: Demonstrar o tamanho real do Sol em escala com os planetas (da Etapa 3).
• Descrição: Apenas o Sol é transformado nesta etapa. Seu diâmetro é ajustado usando a mesma da Etapa 3, resultando em um Sol enorme (10 metros de diâmetro). O Sol é então elevado lentamente para o “espaço superior” até que sua superfície fique a cerca de 2 metros do solo, mostrando sua imensidão em relação ao espaço da sala e aos tamanhos planetários da Etapa 3.
• Conteúdo Educacional: Tamanho do Sol em escala com os planetas, a magnitude do Sol no Sistema Solar.

Dinâmica da Atividade Educacional

Uma possível dinâmica para conduzir uma atividade educacional com SisSolXR é a seguinte:

1. Preparação Inicial: Os participantes são dispostos em círculo no centro da sala. É explicada brevemente a atividade e o uso dos óculos de RV. São fornecidas instruções sobre como interagir e o que evitar fazer com as mãos para não sair da aplicação acidentalmente.
2. Distribuição e Ajuste dos Óculos: Os óculos de RV são distribuídos aos participantes, com auxílio no ajuste correto e confortável em seus rostos.
3. Início da Etapa 1 (Raios Orbitais): Solicita-se que os participantes olhem para cima (espaço superior). A Etapa 1 é iniciada no painel de controle. É conduzida uma discussão sobre o que é observado no “céu virtual”, com perguntas sobre o que os objetos e suas posições representam. São explorados os conteúdos relacionados à Etapa 1 (escalas de distância, órbitas, movimento orbital).
4. Etapa 2 (Planetas Individuais): Inicia-se a Etapa 2 e os planetas são trazidos um a um para o “espaço inferior”. É conduzida a exploração de cada planeta, incentivando os participantes a observar suas características, aparência da atmosfera, inclinações dos eixos de rotação, e a interagir (aproximar-se, “tocar”). São discutidos os conteúdos da Etapa 2 (características planetárias, rotação, translação). Adicionalmente, podem-se explorar as causas das estações do ano devido à inclinação do eixo de rotação planetário.
5. Etapa 3 (Diâmetros Planetários): A Etapa 3 é iniciada. Os participantes são incentivados a se movimentarem livremente na sala para comparar os tamanhos dos diferentes planetas em escala. São explorados os conteúdos da Etapa 3 (tamanhos relativos dos planetas).
6. Etapa 4 (Sol em Escala): A atividade é finalizada com a Etapa 4. Os participantes são preparados para a visualização do Sol em escala. A Etapa 4 é iniciada e observa-se a ascensão do Sol gigante no “espaço superior”. A discussão é concluída com os conteúdos da Etapa 4 (tamanho do Sol e sua importância).
7. Encerramento e Discussão Final: Após a Etapa 4, os óculos são retirados dos participantes. É promovida uma discussão final sobre o que foi aprendido, impressões e dúvidas.

Materiais Necessários

• Notebook Servidor: Um notebook com capacidade de configurar um hotspot Wi-Fi e rodar o servidor web SisSolXR.
• Óculos de Realidade Virtual (Meta Quest 2 ou similares): Óculos de RV com capacidade de rastreamento de mãos e navegador web integrado. Idealmente, um conjunto de óculos para os participantes e um para o mediador (já testamos de forma bem sucedida com até 11 óculos de RV).
• Espaço Físico Adequado: Uma sala ou laboratório com área entre 30 e 50 m² para permitir a adequada acomodação dos planetas e a movimentação dos participantes.

Considerações Finais

• Adaptação ao Nível Escolar: A linguagem e o vocabulário da discussão são adaptados aos diferentes níveis de escolaridade dos participantes.
• Interação e Perguntas: É incentivada a interação dos participantes entre si e com o mediador, estimulando-se perguntas ao longo da atividade.
• Observação e Registro: Durante a atividade, são observadas as reações e interações dos participantes para enriquecer o relato da experiência e aprimorar futuras aplicações.

Financiamento

Este projeto é uma das atividades financiadas pelo CNPq por meio da Chamada CNPq/MCTI/FNDCT 39/2022 “Programa de Apoio a Museus e Centros de Ciência e Tecnologia e a Espaços Científico-Culturais” (processo 407086/2022-6) dentro da Linha 3: Divulgação Científica e Educação Museal.