1. Introdução

Este artigo propõe investigar como os shaders podem ser utilizados no ensino de astronomia, tornando simulações de fenômenos celestes mais interativas, realistas e acessíveis. Considerando que a astronomia e a astrofísica dependem cada vez mais de simulações computacionais exigentes, os shaders aparecem como uma alternativa eficaz para otimizar o desempenho gráfico sem comprometer a qualidade visual. Esses programas, que atuam em tempo real dentro de jogos digitais, permitem a criação de efeitos visuais complexos como reflexos, sombras e superfícies curvas e podem ser aplicados no contexto educacional para facilitar a compreensão de conceitos astronômicos de forma mais clara e envolvente.

2. Objetivo      

Este projeto busca analisar como os shaders podem ser usados para otimizar a visualização de fenômenos astronômicos em simulações digitais, tornando o conteúdo mais acessível, interativo e imersivo. Com representações visuais detalhadas de elementos como órbitas, buracos negros e nebulosas, os shaders facilitam a compreensão de conceitos complexos, mesmo em dispositivos com menor desempenho. Segundo Feitoza (2024), ao integrar essas tecnologias aos videogames, é possível usar simulações como ferramentas de ensino, unindo visualização científica, interatividade e elementos de jogos para tornar o aprendizado de astronomia mais divertido e envolvente para os jovens.

3. Metodologia

Este estudo é teórico e tem como foco a pesquisa e exploração de ideias, sem aplicação prática, seguindo o modelo Double Diamond. Na fase de descoberta, foi feita uma pesquisa sobre simulações astronômicas e o uso de shaders em jogos. Na fase de definição, o foco foi direcionado para o Unity Shader Graph, por ser uma ferramenta acessível e comum na indústria. As fases de desenvolvimento e entrega consistem em analisar como efeitos visuais usados em jogos como Outer Wilds, como os de buracos negros e atmosferas, podem ser adaptados para fins educacionais com o uso de shaders na Unity. 

4. Desenvolvimento      

Nesta etapa do trabalho, é feita uma investigação teórica sobre o uso do Unity Shader Graph na criação de simulações visuais de fenômenos astronômicos. O objetivo é compreender como essa ferramenta pode ser utilizada para representar conceitos complexos da astronomia de maneira interativa e acessível, com base em exemplos já existentes no meio dos jogos digitais

4.1. Mecânicas

O Unity Shader Graph é uma ferramenta visual que permite criar shaders por meio de um sistema de nós, sem a necessidade de programar em HLSL. Ele facilita a criação de efeitos gráficos personalizados e eficientes, executados diretamente na GPU. Sua interface intuitiva torna o processo mais fácil para artistas e desenvolvedores que desejam experimentar visuais complexos de forma simples.

4.2. Aplicações na Visualização de Fenômenos Astronômicos

Este estudo busca identificar quais efeitos visuais são mais usados para representar fenômenos astronômicos como buracos negros, campos gravitacionais e atmosferas planetárias, destacando distorções, refrações, gradientes, brilho e partículas. O Unity Shader Graph permite simular esses efeitos de forma leve e eficiente, o que é ideal para aplicações educacionais. Atmosferas, distorções gravitacionais e ciclos dia-noite são exemplos do que shaders podem simular. Esses recursos tornam as simulações mais imersivas e facilitam a compreensão de conceitos astronômicos através de um meio mais interativo.

4.3. Telas e Interfaces

Embora este trabalho não recrie os shaders de Outer Wilds, o jogo inspira a pesquisa mostrando como gráficos estilizados podem representar fenômenos espaciais de forma imersiva. Efeitos como atmosferas, iluminação e visual planetário podem ser adaptados com Shader Graph na Unity para fins didáticos.

5. Trabalhos Relacionados

Diversos estudos mostram como jogos digitais e tecnologias visuais contribuem para o aprendizado. Feitoza (2024) e Cicarello Junior et al. (2022) destacam o valor educativo dos jogos, especialmente em aspectos cognitivos e afetivos. Na área da astronomia, Luersen e Paula (2023) analisam Outer Wilds e sua relação com conceitos científicos. Já Carvalho (2021) aborda como os shaders otimizam gráficos em simulações e jogos em tempo real.

6. Limitações do estudo

Este é um artigo teórico sem a inclusão de testes práticos ou criação de simulações. A pesquisa focou no Unity Shader Graph por ser uma ferramenta acessível e usada na indústria, mas não foram comparadas outras soluções. Também não pode ser explorado a questão física e/ou matemática dos fenômenos astronômicos. Além disso, foi difícil encontrar estudos acadêmicos que tratassem diretamente do uso de shaders em simulações astronômicas para fins educacionais, o que limitou as referências do estudo.

7. Potencial e Aplicações futuras

Os shaders podem facilitar o aprendizado de astronomia ao transformar conceitos difíceis em imagens claras e acessíveis, mesmo em dispositivos simples. Além do uso em salas de aula, podem ser aplicados em museus, planetários e experiências imersivas, como jogos e realidade virtual. No futuro, testes práticos e a integração com outras tecnologias, como inteligência artificial, podem ampliar ainda mais seu uso na educação científica.

8. Conclusão

Este estudo conclui que o uso de shaders,  principalmente com o Unity Shader Graph, tem potencial para tornar o ensino de astronomia mais simples, interativo e visualmente atrativo já que a representação gráfica de fenômenos mais complexos pode facilitar a compreensão dos alunos e tornar o processo de aprendizagem mais agradável. Jogos como Outer Wilds mostram que juntar gráficos e interatividade pode despertar o interesse pela ciência. Por fim, apesar da ausência de testes práticos e da escassez de estudos na área, esta pesquisa oferece uma base teórica para outras pesquisas futuras, reforçando a ideia de que tecnologias visuais podem contribuir para a educação.

Referências

CARVALHO, R. B. Análise do Processamento Gráfico Utilizando a Técnica de Shaders. Disponível em: . Acesso em: https://ric.cps.sp.gov.br/bitstream/123456789/1133/1/20141S_CARVALHORafaelBlumle... 15 may. 2025.

 CICARELLO JUNIOR, Ivan Carlos; KOZLIK SILVA, Weslley; STOLTZ, Tania. Análise do potencial educativo de um jogo eletrônico comercial. Educação em Foco, [S. l.], v. 25, n. 47, 2022. DOI: 10.36704/eef.v25i47.5480. Disponível em: https://revista.uemg.br/index.php/educacaoemfoco/article/view/5480. Acesso em: 15 maio. 2025.

FEITOZA, Igor Arnaldo de Alencar de. A GAMIFICAÇÃO DO ENSINO E A IMPLEMENTAÇÃO DOS JOGOS ELETRÔNICOS COMO RECURSO PEDAGÓGICO: UMA POSSÍVEL RESPOSTA ÀS DEMANDAS DA GERAÇÃO Z. Anais CIET:Horizonte, São Carlos-SP, v. 5, n. 1, 2024. Disponível em: https://ciet.ufscar.br/submissao/index.php/ciet/article/view/420. Acesso em: 14 maio. 2025.

Como o Shader Graph pode ser aplicado em seu jogo 2D ou 3D | Unity. Disponível em: https://unity.com/pt/features/shader-graph .

The double Diamond. Disponível em: https://www.designcouncil.org.uk/our-resources/the-double-diamond/ . Acesso em: 15 may. 2025.

UNITY TECHNOLOGIES. Skybox. Disponível em: https://docs.unity3d.com/530/Documentation/Manual/class-Skybox.html . Acesso em: 15 may. 2025.

Ficha completa da equipe:

Ana Beatriz Aquino Saiss -  ana-beatriz-aquino-saiss

Inácio Serra Martins -  inacio-serra-martins