O que é a Computação Espacial e de que forma está a transformar o mundo?

Compreender a Computação Espacial

O mundo digital está a fundir-se com o mundo físico de formas nunca antes vistas. Embora a realidade aumentada já tenha sido integrada por grandes operadores do comércio eletrónico como a Amazon, permitindo aos utilizadores posicionar mobiliário digital nas suas casas, a computação espacial leva este conceito ainda mais longe. Esta tecnologia ultrapassa simples sobreposições digitais, possibilitando uma interação genuína entre os mundos real e digital.

Segundo a Wikipédia, computação espacial é a "interação homem-máquina em que a máquina retém e manipula referências a objetos e espaços reais." Este conceito vai além da realidade aumentada ou mista, recorrendo à inteligência artificial para medir o espaço físico e proporcionar experiências imersivas aos utilizadores. Em síntese, a computação espacial aproxima-se mais do conceito de realidade estendida, ao colocar réplicas virtuais de objetos reais em espaço 3D e permitir a interação com estes. A tecnologia combina elementos de AR, realidade virtual e toda a gama de MR (realidade mista), criando mundos virtuais que se integram de forma fluida no nosso ambiente físico.

Como Funciona a Computação Espacial

A computação espacial baseia-se essencialmente em atribuir significado ao "espaço" no contexto informático. Com esta abordagem, cada objeto digital pode ser posicionado em espaço físico tridimensional, permitindo uma interação natural.

Imagine utilizar um headset VR para visualizar uma televisão de 50 polegadas. O que vê é uma versão digital desse televisor a surgir diante dos seus olhos, permitindo-lhe interagir com o conteúdo através de reconhecimento de gestos e outras tecnologias. Pode até posicionar um ecrã de trabalho ao lado do televisor, criando um ambiente multi-display no seu espaço físico.

O espaço físico permanece inalterado para as restantes pessoas. Apenas o utilizador que usa o equipamento sem fios pode interagir com os elementos digitais "encaixados" no espaço físico. Cria-se, assim, um ambiente informático personalizado que coexiste com o mundo real.

O espaço é fundamental porque o dispositivo ou tecnologia reconhece a forma da sala, a dimensão da TV, os elementos ao redor e outros dados, para apresentar o conteúdo digital da melhor forma. Esta perceção espacial garante que os objetos virtuais se comportem de forma realista no seu ambiente físico.

Visão Geral dos Componentes Espaciais

Normalmente, interagimos com computadores em espaços 2D, como ecrãs de smartphones, televisores e interfaces similares. A interação é feita diretamente através do toque ou de dispositivos periféricos como teclados e ratos, para introduzir comandos e visualizar respostas.

A computação espacial altera totalmente este paradigma, convertendo o espaço 2D em espaço 3D interativo. Isto permite criar réplicas virtuais de dispositivos 2D, sobrepondo-as ao espaço físico e memorizando as dimensões reais do ambiente. O resultado é uma experiência informática natural e intuitiva, onde os objetos digitais parecem realmente existir no seu espaço.

Se já jogou Pokemon Go, compreenderá melhor este conceito. O jogo recorre ao smartphone e à AR para detetar a localização e inserir conteúdo digital no espaço físico. No Pokemon Go, as personagens digitais são visíveis apenas ao utilizador, através do ecrã do smartphone. Para os restantes, o espaço físico não se altera.

Na computação espacial, os elementos de localização, profundidade e distância no mundo real são usados para posicionar conteúdo digital adequado em espaços físicos. Esta é a componente "espacial", responsável pela experiência imersiva, enquanto o aspeto computacional permite a interação com o conteúdo digital através de um conjunto de tecnologias avançadas.

A computação espacial pode preservar o património cultural. O projeto Open Heritage da Google é um exemplo, ao criar representações tridimensionais de sítios patrimoniais em todo o mundo. Isto mostra como a tecnologia vai além do entretenimento ou produtividade, abrangendo a preservação e a educação.

Interação com o Mundo 3D

O conceito de computação espacial pode ser aplicado ao universo dos videojogos de forma transformadora. Em jogos mais antigos, o comando serve para interagir com as personagens. Com headsets MR como o Varjo XR-3 ou o HoloLens, comandos manuais especializados permitem interagir sem fios com personagens virtuais, reconhecendo os gestos do utilizador.

A computação espacial vai mais além. Pode associar a resposta de uma personagem à movimentação física do utilizador, através de diversas tecnologias. Assim, num videojogo num mundo virtual, o "Você" do mundo real torna-se a própria personagem, criando um novo patamar de imersão.

Deve ainda perceber que são necessários acessórios especializados com capacidades de computação espacial integradas para interagir com o mundo 3D. É aqui que o Vision Pro da Apple poderá ser determinante, ao tornar a computação espacial acessível ao público em geral.

O Papel Crítico da Inteligência Artificial

A computação espacial, apesar das semelhanças com AR, VR e MR, é um conceito mais avançado devido à integração da inteligência artificial. O melhor exemplo é a série "Homem de Ferro" da Marvel, onde Tony Stark contava com o J.A.R.V.I.S., uma inteligência artificial capaz de aprender continuamente e adaptar o espaço em função das preferências e interações do protagonista.

A IA permite que sistemas de computação espacial compreendam o contexto, aprendam com o comportamento do utilizador e adaptem o ambiente digital em conformidade. Isto gera experiências personalizadas que se aprimoram ao longo do tempo, tornando a tecnologia cada vez mais intuitiva e poderosa.

Principais Tecnologias Utilizadas

A computação espacial é uma tecnologia avançada que integra vários conceitos relacionados com computação, interação homem-máquina, inteligência artificial e outros. Perceber estas tecnologias de base é essencial para compreender como a computação espacial proporciona experiências transformadoras.

Visão Computacional e Medição de Profundidade

Os nossos olhos são exímios a detetar profundidade, identificar objetos no espaço real e ajustar perceções consoante as dimensões da sala. A deteção de profundidade e a visão computacional integradas permitem aos dispositivos de computação espacial atingir o mesmo grau de perceção. Esta tecnologia é semelhante à usada em veículos autónomos, onde computadores detetam peões, sinais ou outros elementos.

Com estas tecnologias, os dispositivos podem apresentar representações digitais de objetos reais sem alterar as dimensões do ambiente. Da próxima vez que projetar o seu smartphone como uma unidade digital flutuante, a Visão Computacional e a Deteção de Profundidade asseguram que o ecrã se mantém fixo na parede ou no campo de visão, sem desfocar ou desviar.

Mapeamento Espacial

Esta tecnologia consiste em criar modelos 3D a partir de dados espaciais e de profundidade e em compreender objetos. O mapeamento espacial é semelhante ao fictício Mapa do Salteador do universo Harry Potter—um documento tridimensional que mostra toda a estrutura de Hogwarts, incluindo objetos e pessoas.

O mapeamento é atualizado continuamente à medida que se desloca, garantindo que os objetos digitais permanecem corretamente posicionados face aos físicos. Este processo cria um ambiente de realidade mista estável e credível.

Fusão de Sensores

A computação espacial requer dados de vários sensores para operar de forma eficiente. Isto permite combinar informação proveniente de acelerómetros, câmaras, giroscópios e outros, criando uma experiência holística e imersiva. A fusão espacial de dados é semelhante à forma como o cérebro combina estímulos dos olhos, ouvidos e pele para interpretar sensações ou situações.

Esta abordagem multi-sensorial garante precisão e fiabilidade, pois os diferentes sensores validam e complementam os dados uns dos outros.

Reconhecimento de Gestos

Esta componente da computação espacial permite aos dispositivos compreender movimentos das mãos, gestos e outros elementos de interação com o conteúdo digital. Imagine ter três ecrãs projetados e, ao passar a mão para cima, remover um deles do seu campo de visão—esta interação natural torna-se possível graças ao reconhecimento de gestos.

Para tal, os dispositivos recorrem a sensors ultrassónicos que emitem ondas sonoras, sensores óticos, sensores de movimento, câmaras, sensores de infravermelhos e recursos de IA/ML para interpretar e aprender com os dados recolhidos. O sistema precisa de distinguir entre gestos intencionais e movimentos aleatórios, recorrendo a algoritmos sofisticados.

Skeuomorfismo

Mais do que uma tecnologia, trata-se de um princípio de design: o skeuomorfismo consiste em replicar elementos do mundo real no digital. Na computação espacial, isto permite aos utilizadores transitar facilmente do 2D para o 3D, com objetos digitais muito semelhantes aos reais. Um exemplo é um livro digital que pode ser agarrado, folheado e onde pode rabiscar.

Esta abordagem reduz a curva de aprendizagem, tornando as interfaces digitais familiares e intuitivas ao recorrer ao conhecimento dos utilizadores sobre objetos físicos.

Inteligência Artificial e Aprendizagem Automática

Uma solução de computação espacial funciona melhor se aprender com os hábitos e interações do utilizador. Isto pode comparar-se às recomendações da Netflix, que adaptam o conteúdo ao historial de visualização. Se continuar a usar um headset espacial, o dispositivo aprende com o ambiente, as interações e os seus hábitos de utilização.

Todas as tecnologias referidas atuam em conjunto para viabilizar a computação espacial, fornecendo estímulos ao cérebro para interpretar o que está à sua frente. O papel da IA é garantir que estas experiências se tornam cada vez mais personalizadas e eficientes ao longo do tempo.

Adicionalmente, protótipos podem incluir seguimento áudio, interação IoT e áudio espacial para enriquecer as experiências, criando ambientes realmente imersivos que envolvem vários sentidos.

Computação Espacial: Características Distintivas

A computação espacial é muitas vezes comparada a outras tecnologias imersivas, como AR, VR e MR. Apesar de algumas semelhanças, a comparação nem sempre é direta. Compreender as diferenças é essencial para valorizar as capacidades únicas da computação espacial.

Computação Espacial vs AR

Regressando ao Pokemon Go: neste jogo, apanha-se avatares de Pokemon em espaços reais, recorrendo à realidade aumentada. Contudo, apenas é possível capturar os Pokemon; estas criaturas digitais não interagem verdadeiramente com o ambiente.

Com a computação espacial, um Pokemon poderia esconder-se num arbusto próximo, voar pela sala ou deslizar sob uma ponte, tornando a interação digital com o mundo físico muito mais realista. Poderia até assustar o Pokemon com um movimento brusco e ele reagiria em conformidade. Este grau de perceção e interação distingue a computação espacial da AR tradicional.

Computação Espacial vs VR

Considere o Beat Saber, um jogo de VR onde se cortam ritmos com um sabre de luz. O jogo decorre num universo digital, separado do físico. Com computação espacial, o jogo poderia fazer transitar os ritmos entre o mundo digital e o real: teria um sabre de luz na sua sala e poderia gesticular com ele, com o jogo a adaptar-se ao espaço físico real.

A computação espacial dissolve as fronteiras entre o real e o virtual, criando experiências mais naturais e menos isoladas do que a VR convencional.

Computação Espacial vs MR

Imagine jogar xadrez em realidade mista: tem um tabuleiro digital sobre a mesa e move as peças por gestos. Mas com computação espacial pode ir mais longe: com IA integrada, pode analisar estatísticas dos seus movimentos ou revê-los para análise detalhada. Isto eleva substancialmente a experiência de jogo.

A computação espacial acrescenta inteligência e interatividade, indo além da simples sobreposição entre o digital e o físico e criando experiências mais ricas.

Computação Espacial: Prototipagem

Até agora, abordámos a vertente do utilizador final. Mas as empresas que desenvolvem produtos devem respeitar os princípios fundamentais da prototipagem, para otimizar desempenho, experiência de utilização e estratégias de mitigação de riscos. Uma prototipagem adequada assegura que as aplicações de computação espacial cumprem as expetativas.

Ferramentas Essenciais

O software é o ponto de partida na computação espacial. Destacam-se, entre outros:

1. Unity: Plataforma de desenvolvimento de jogos com motor de física e integração AR-VR, amplamente usada pela sua versatilidade e documentação.
2. Sketchfab: Plataforma que permite acesso rápido a conteúdos VR, AR e 3D para projetos informáticos, com uma biblioteca extensa de ativos 3D.
3. Unreal Engine: Plataforma com suporte a renderização fotorrealista para prototipagem de alta fidelidade, indicada para aplicações complexas e exigentes do ponto de vista visual.

Existem instruções detalhadas de prototipagem para cada uma destas plataformas. Além disso, a Google e a Apple disponibilizam recursos internos que ajudam a melhorar as interações de UI e a compreensão dos ambientes necessários para prototipar.

Demonstração

Eis um exemplo prático de computação espacial, centrado nas compras. Este produto funciona como uma aplicação e pode operar com um headset de realidade mista sem fios potente, ou ser um produto dedicado para esse fim.

Identificação de Funcionalidades

O primeiro passo é visualizar o funcionamento do produto. Trata-se de definir as funcionalidades de computação espacial a integrar. Esta fase exige ponderação das necessidades do utilizador e das capacidades técnicas.

Pretende que reconheça gestos, disponha de assistentes digitais interativos ou inclua uma área de experimentação virtual de roupa? Pode ainda pretender funções como "agarrar para comprar", onde o utilizador pega virtualmente nos artigos para os adquirir.

Storyboarding

Esta fase define o layout inicial da aplicação. Um menu 3D surge no campo de visão do utilizador e, com reconhecimento de gestos, pode tocar no ar e escolher categorias de compras, tornando a navegação intuitiva.

Protótipos

Protótipo 1: Compras de mobiliário. O produto permite sobrepor mobiliário virtual no espaço habitacional. Graças à deteção de profundidade e ao mapeamento, a colocação é precisa. Com computação espacial, pode interagir com o móvel, observá-lo de vários ângulos, testar mecanismos ou abrir gavetas—tudo por gestos. Este nível de detalhe ajuda o cliente a tomar decisões informadas.

Protótipo 2: Pode ativar um assistente digital para descrever as funcionalidades do produto enquanto o observa em 3D. Se quiser comprar, basta agarrar o produto virtual e o reconhecimento de gestos coloca-o no carrinho. Pode definir o design da aplicação, os gestos suportados, etc., no âmbito da prototipagem. Unreal Engine, Unity ou outras plataformas apoiam este desenvolvimento.

Protótipo 3: Para comprar roupa, pode transferir o seu avatar para o ecossistema, experimentar produtos e concretizar a compra. Assim, cria-se uma experiência personalizada que reduz devoluções e aumenta a satisfação do cliente.

Testes de Protótipos

Depois de desenhar e desenvolver, é necessário testar o protótipo com utilizadores para recolher feedback e melhorar. As mecânicas de interação, a interface e outros aspetos podem ser ajustados. O processo iterativo é crucial para refinar a experiência de computação espacial.

Este é um cenário hipotético; o protótipo pode variar em função das necessidades do projeto e das conclusões do estudo com utilizadores.

Boas Práticas

Se tenciona criar protótipos de computação espacial, o ideal é começar por versões que permitam testar interações básicas. Recomenda-se iniciar com funcionalidades simples, como acenar, deslizar ou tocar. Após aperfeiçoar estas interações, pode passar para as mais complexas, que exigem maior precisão e sofisticação.

O Vision Pro da Apple, prestes a ser lançado, oferece várias funcionalidades inovadoras. Os engenheiros irão testar e aperfeiçoar cada interação. Esta abordagem metódica garante qualidade e usabilidade.

"Dediquei 10% da minha vida ao desenvolvimento do #VisionPro quando trabalhei na Apple como investigador em prototipagem de neurotecnologia no grupo de desenvolvimento tecnológico. Foi o projeto mais longo da minha carreira. Sinto orgulho e alívio por finalmente ter sido anunciado." Sterling Crispin, ex-investigador da Apple.

Testar cedo e frequentemente é fundamental para criar o produto ideal. Considere o processo como um ciclo contínuo: iteração, feedback e múltiplas abordagens são a norma. Adotar esta mentalidade iterativa resulta em melhores produtos finais.

Desenvolver experiências de computação espacial é complexo. As interações são multidimensionais, pelo que é essencial cumprir os princípios da prototipagem para visualizar, testar e refinar antes do desenvolvimento do produto. Este investimento inicial poupa tempo e recursos posteriormente.

O Elemento da Programação

Com computação espacial, pode tornar os elementos e movimentos do mundo real semelhantes às interações digitais. Importa lembrar que toda a interação virtual depende de código. A qualidade desse código afeta diretamente a experiência do utilizador e o desempenho do sistema.

Competências Necessárias

Para programar protocolos de computação espacial, deve dominar C#, C++ ou JavaScript, bem como física e modelação 3D. O programador deve ainda conhecer algoritmos de IA para implementar comportamentos inteligentes.

O C# destaca-se pela simplicidade e compatibilidade com a Unity, sendo acessível a programadores de vários níveis. O C++ é uma linguagem de alto desempenho, indicada para tarefas exigentes. O JavaScript é popular graças à API WebXR, que permite criar experiências AR e VR na web, tornando a computação espacial acessível via browser.

Como Funciona a Programação?

Segue um exemplo prático: uma aplicação de computação espacial para design de interiores. Os programadores podem configurar a aplicação para reconhecer dimensões do espaço através de mapeamento e deteção de profundidade. O código permite posicionar mobiliário virtual no local indicado pelo utilizador, assegurando que não colide com objetos reais nem flutua no ar—esta é a "perceção espacial", que garante comportamento realista.

É ainda possível programar interações: num jogo de realidade mista, por exemplo, o código identifica ações como agarrar, lançar ou manipular objetos. As ações físicas são traduzidas em respostas digitais apropriadas, criando uma experiência fluida.

Quais as Aplicações da Computação Espacial?

A computação espacial beneficia inúmeros setores, transformando o trabalho, a aprendizagem e a interação. Exemplos de aplicação:

• Jogos: Personagens virtuais que interagem com elementos do mundo real, criando experiências e jogabilidade inovadoras, fundindo físico e digital.
• Educação: Conteúdos interativos onde conceitos abstratos se materializam em recursos espaciais, tornando o ensino mais envolvente.
• Retalho: Experiências de compra revolucionadas, com produtos 3D, provadores virtuais ou avatares digitais, reduzindo devoluções e aumentando a satisfação.
• Saúde: Maior precisão cirúrgica através de sobreposições e acesso imediato a dados, permitindo ao cirurgião consultar informação sem desviar o olhar do paciente.
• Fabrico: Engenheiros usam projeções para detetar defeitos e aperfeiçoar o fabrico, melhorando o controlo de qualidade e reduzindo desperdício.

Para lá destes exemplos, a integração da computação espacial com IA impulsiona avanços no hardware. As empresas investem cada vez mais em dispositivos mais potentes, confortáveis e acessíveis.

O Vision Pro da Apple é um exemplo, com sensores, chip M2 e funcionalidades avançadas, que prometem alargar o acesso à computação espacial.

Com soluções como ChatGPT, Google Bard ou Midjourney, a criação de conteúdos será mais fácil, e os recursos de computação espacial terão acesso facilitado a informação do mundo real. Até os programadores recorrem ao ChatGPT ou a outros chatbots para validar protótipos e acelerar o desenvolvimento.

Quais os Desafios?

Apesar das vantagens, a computação espacial enfrenta vários desafios. Entre os principais:

• Problemas de compatibilidade de software entre diferentes plataformas e dispositivos
• Questões de privacidade e gestão de dados, nomeadamente espaciais e biométricos
• Interfaces complexas que podem dificultar a adoção
• Riscos para a saúde pelo uso prolongado de headsets VR, como fadiga ocular e cinetose
• Limitações de hardware e custos elevados, restringindo o acesso
• Falta de normalização, que origina aplicações de baixa qualidade e experiências fragmentadas
• Questões éticas e de segurança relativas à recolha e uso de dados espaciais

Ultrapassar estes obstáculos exige tempo, colaboração no setor e atenção às necessidades dos utilizadores. Apesar disso, registam-se progressos em todas estas frentes.

A Computação Espacial é o Futuro Inevitável?

A computação espacial ainda não é mainstream, sendo sobretudo adotada por early adopters e setores específicos. Com o anúncio do Vision Pro da Apple, a adoção mais ampla pode estar próxima. Contudo, o sucesso da tecnologia não dependerá apenas da inovação ou do número de funcionalidades, mas sim da capacidade para responder às necessidades de pessoas com limitações cognitivas.

A Apple planeia integrar o AssistiveTouch no Vision Pro, demonstrando o compromisso com a acessibilidade—um fator que pode impulsionar a adoção generalizada. Quando a tecnologia é realmente inclusiva, atinge o potencial de transformar a sociedade.

Perguntas Frequentes

O que é Computação Espacial (Spatial Computing)? Qual a diferença em relação à AR e à VR?

A computação espacial é a tecnologia que permite a interação homem-máquina em espaço tridimensional. Integra AR e VR: a AR sobrepõe conteúdos virtuais à realidade, enquanto a VR cria ambientes virtuais totalmente imersivos. A computação espacial é o conceito alargado que integra ambas.

Quais as aplicações práticas da computação espacial na realidade?

A computação espacial transforma o design automóvel através da prototipagem virtual, potencia experiências de realidade aumentada e virtual e revoluciona o fabrico inteligente. Melhora funcionalidade e experiência do utilizador em vários setores, ao permitir visualização imersiva e interação em tempo real com ambientes digitais.

Como está a computação espacial a transformar a indústria, a saúde e a educação?

A computação espacial revoluciona estes setores através de maior precisão, eficiência e inovação. No fabrico, permite monitorização em tempo real e manutenção preditiva. A saúde beneficia de treino cirúrgico imersivo e diagnósticos precisos. A educação transforma-se com ambientes de aprendizagem virtuais interativos, tornando conceitos complexos acessíveis a estudantes em todo o mundo.

Quais as tecnologias essenciais na computação espacial, como perceção 3D, reconhecimento de gestos e compreensão ambiental?

Os principais pilares da computação espacial incluem perceção 3D, reconhecimento de gestos e compreensão do ambiente. Destacam-se dispositivos óticos avançados, ecrãs como Micro-OLED e AMOLED, sistemas de sensores para rastreamento de posição e deteção de mãos, processamento baseado em IA e kits de desenvolvimento de software interativo para uma interação fluida com ambientes virtuais.

Qual a relação entre computação espacial e o metaverso?

A computação espacial é um elemento central da arquitetura do metaverso, formando a camada essencial. Inclui motores 3D, tecnologias VR/AR/MR e mapeamento espacial, permitindo criar e gerir espaços virtuais no ecossistema do metaverso.

Quais os principais produtos e plataformas de computação espacial atualmente disponíveis?

Destacam-se a Microsoft HoloLens, Meta Quest, Magic Leap One e Apple Vision Pro. Fabricantes como HTC Vive, Lenovo e Pico também oferecem dispositivos de computação espacial. Estas plataformas integram sistemas óticos avançados, ecrãs e software de interação para experiências imersivas.

Que impacto terá a computação espacial no dia a dia e nos métodos de trabalho?

A computação espacial transforma o acesso à informação e ao entretenimento por via de aplicações de realidade aumentada. Proporciona experiências interativas, aumenta a eficiência profissional e o envolvimento dos utilizadores em contextos pessoais e de trabalho.

Quais os principais desafios técnicos e limitações da computação espacial?

Os principais desafios são restrições de desempenho do hardware e custos elevados. O baixo volume de dispositivos disponíveis e estratégias agressivas de preços limitam o avanço. Potência de processamento, autonomia e resolução de ecrãs continuam a ser entraves à adoção massiva.

Quais as tendências e perspetivas de desenvolvimento futuro da computação espacial?

A computação espacial evoluirá com hardware de nova geração e integração de tecnologia XR, impulsionando ecossistemas imersivos do metaverso. As tendências passam por maior eficiência computacional, experiências fotorrealistas e adoção generalizada até 2028-2030 em contextos empresariais e de consumo.