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Aplicação da Estereoscopia em modelagem gráfica
Application of the Stereoscopy in graphical modeling GASPERINI, Ricardo,
Mestrando em Desenho Industrial do PPGDI – UNESP – Campus Bauru - SP SILVA, José Carlos Plácido da,
Titular em Desenho Industrial do PPGDI – UNESP – Campus Bauru - SP
Estereoscopia, Modelagem, Representação gráfica.
Trata-se de uma abordagem sobre aplicação da estereoscopia em modelagem gráfica 3D em um estudo de caso. O trabalho desenvolvido mostra a possibilidade da utilização de um software que a partir da representação gráfica estereoscópica, vem auxiliando os designers e engenheiros a visualizarem formas tridimensionais mais realistas. A experiência da interação produzida pela estereoscopia através de representações gráficas tridimensionais está possibilitando descobertas de sensações e visões pouco exploradas e que serão tratadas neste artigo.
Stereoscopy, Modeling, Graphical representation.
It’s about deal with application of stereoscopy in 3D graphical modeling at a studied case. The developed work shows the possibility of uses a software that starting from stereoscopic graphical representation, comes assisting designers and engineers to visualize more realistic three-dimensional forms. The experience of the interaction produced for the stereoscopy through three-dimensional graphical representations is making possible to discover sensations and little explored views and that will be treated in this article.
1. Introdução
A estereoscopia é uma técnica óptica baseada na visão humana. Esta técnica aplicada a representações gráfica nos permite ter a sensação de profundidade, volume e interação com objetos gráficos. Isto só é possível pelo fato do ser humano possuir dois pontos de visão em uma mesma direção, baseado um em cada olho em uma distância média de 6,5cm a 7 cm. Estas imagens são processadas pela mente humana, juntando-as e formando uma única imagem, dando a sensação de profundidade e volume. A estereoscopia configure-se como visto na figura 1.
Figura 1: Efeito estereoscópico. Fonte: (Raposo A.B. et al 2004)
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A aplicação da esteroscopia vem crescendo a cada dia, fomentada principalmente pela rapidez dodesenvolvimento tecnológico da computação gráfica, o qual esta tornando mais acessíveis tecnologias que antes eram muito onerosas.
Este contato com tecnologias computacionais vem ao encontro da utilização da estereoscopia em softwares de computação gráfica principalmente dos sistemas CAD/CAM. Esta técnica aliada aos poderosos softwares de desenhos gráficos vem auxiliando e muito os profissionais que trabalham na área gráfica principalmente os designers.
Segundo Maschio (2008) a estereoscopia vem ganhando aplicações e incrementos tecnológicos a cada dia, colocando-se no rol dos conhecimentos que merecem atenção, pois pode se tornar uma nova forma de material didático e ferramenta de ensino como também abrir novos campos de atuação para os designers, artistas, cineastas, por ser uma nova forma de representação gráfica (seja ela estática ou animada) além de servir como ferramenta de trabalho e pesquisa tecnológica para tantas outras profissões, como Engenharia e Medicina.
Este trabalho abordará a aplicação da esteroscopia através de um software utilizado no auxilio do desenvolvimento de um projeto, especificamente de uma cabine de aeronave.
Este artigo mostrará as vantagens da utilização da estereoscopia em projetos que utilizam modelagens tridimensionais para simulação e estudos, como funcionabilidade e ergonomia no desenvolvimento de produtos. A estereoscopia é a base da realidade virtual atualmente aplicada em empresa de alta tecnologia 2. Modelagem gráfica
Desde a Antigüidade as técnicas e os benefícios da modelagem vêm acompanhando a sociedade. Entretanto, foi a partir de 1960 que os modelos tridimensionais ganharam nova importância para o contexto industrial, quando passaram a ser utilizados pela indústria como forma de se antecipar a alguns problemas relacionados ao volume, formas, e reduzir custos com testes. (Oliveira W. A., et al., 2005).
A modelagem gráfica vem se firmando a cada dia como uma das ferramentas mais importante no
desenvolvimento de projetos, pois se mostra muito eficiente no momento de visualizar e simular os objetos projetados, facilitando o processo de idealização, materialização e difusão do conceito elaborado pelos designers e projetista.
2.1 Modelo Tridimensional
Um modelo comportamental de um sistema é uma representação simbólica das ações executadas nas operações e manutenção daquele sistema. A representação tem que permitir a manipulação de variáveis extrínsecas e intrínsecas para permitir a determinação do efeito computacional. (Meister, 1995).
A manipulação das variáveis de um modelo permite predizer e controlar os efeitos dos resultados (Meister, 1995). A grande maioria das técnicas de modelagem utiliza os assistentes computacionais, que são
ferramentas como computer aided design (CAD) ou computer aided manufacturing (CAM).
Os profissionais que utilizam técnicas de modelagem gráfica tridimensionais tentam modelar dois tipos diferentes de atividade: o que é objetivamente observável - Modelo sólido (figura 2); e o que objetivamente não é observável - Modelo transparente (figura 3) e Modelo ampliando (figura 4).
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Figura 2: Modelo sólido Figura 3: Modelo transparenteFonte: (Gasperini, R. et al 2007) Fonte: (Gasperini, R. et al 2007)
Figura 4: Modelo ampliando – (Tratamento de superfícies). Fonte: Quiçá Design 2008
Uma das empresas do ramo de modelagem tridimensional “A Quiçá Design” vem se firmando como uma das empresas que empregam alta tecnologia na modelagem de modelos ampliados. Um dos trabalhos executado com este tipo de modelagem ampliada e a animação tridimensional (figura 4) feita para a empresa “Nanox” que trabalham com nanotecnologia. Esta animação pode vista no site da “Quiçá Design”.
Os projetos envolvendo ambientes virtuais principalmente os de realidade virtual, tem seu ponto de partida em modelos criados em Digital Mock-UP (DMU). O DMU é utilizado para modelagem geométrica que posteriormente será utilizada para a geração dos protótipos virtuais interativos (Figura 5). (Gasperini, R. et al 2007).
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Fonte: (Gasperini, R. et al 2007)Porém, é importante salientar, que o DMU não necessariamente necessita de ambientes de realidade virtuais, contudo, a imersão, a interação e o envolvimento podem facilitar e ampliar as possibilidades dos testes, da análise e, posteriormente, da modificação do protótipo digital. (Gasperini, R. et al 2007).
3. Sistema estereoscópio em computadores
O sistema de projeção de imagem estereoscópia atualmente utilizado em modelagem gráfica tridimensional, consiste em projetar duas imagens sobrepostas em um mesmo espaço gerado em pontos de vistas diferentes, simulando os olhos humanos.
As imagens estereoscópia modeladas com o auxilio de computadores podem ser visualizada através de duas técnicas; estéreo passivo e estéreo ativo. A classificação destas duas técnicas depende do tipo de óculos utilizado.
O estéreo passivo que será a base do estudo deste trabalho, consiste na utilização de óculos anáglifo que tem a função de filtrar as imagens projetadas.
Este técnica e baseada na filtragem de cores feita pelo óculo anáglifo, o qual tem a função de filtrar as duas imagens sobrepostas, uma para cada olho. Este técnica pode ser compreendida na figura 6.
Figura 6 – Estéreo Anáglifo Fonte: (Raposo A.B. et al 2004)
Somente as cores, vermelho e azul, eram utilizadas no estéreo passivo, porém com a evolução dessa técnica, houve a inclusão da cor verde para um dos olhos melhorando a qualidade das imagens.
Os óculos contêm lentes das cores vermelho e azul que filtram as cores para cada olho, vermelho para o olho esquerdo e o azul para o direito. Estes filtros feitos pelos óculos separam as imagens sobrepostas e com pontos de vista diferentes, causando o efeito da estereoscópia. Esta separação de imagens sobrepostas é unida pelo cérebro humano, dando a sensação de profundidade e interação da representação gráfica.
No estéreo ativo, o princípio básico e o mesmo, porém são utilizados óculos obturadores (figura 7) que filtram as freqüências das imagens projetas pelo projetor, ou seja, o projetor emite sinais sincronizados para cada uma das lentes dos óculos que bloqueiam as imagens do olhos esquerdo para o direito e vice-versa, separando as imagens sobrepostas.
Figura 7: Exemplo de Óculos obturadores (Shutter Glasses) Fonte: (Valério A.V. e Oliveira, M. C. F . 2001)
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A vantagem do estéreo ativo para o passivo é a superioridade da qualidade da imagem, porém tem adesvantagem do preço elevado.
O estéreo passivo também suas vantagens como; aplicação da técnica em imagens impressas, baixo custo e uso de apenas um monitor ou projetor. A desvantagem desta técnica e a perda da qualidade de cores. 4. Materiais e método
Neste estudo, a estereoscopia será aplicada no desenvolvimento de uma cabine de aeronave.
O software utilizado para a aplicação da estereoscopia nas modelagens tridimensionais é o “MicroStation”. Este software permite ao usuário a renderização estereoscópica dos modelos tridimensionais através do comando “Render – Phong Stereo”.
Este comando calcula os pontos de visualização através de um ponto de fuga escolhido e simula
separadamente as perspectivas das imagens. Esta separação de imagens é baseada na distância dos olhos humanos gerando duas imagens renderizadas anáglifas e sobrepostas conforme ilustrada na figura 8.
Figura 8: Render estero Fonte: Ricardo Gasperini 2009
O objetivo do experimento foi desenvolver uma cabine de aeronave, simulando a interação do usuário com os novos conceitos de dispositivos como: o manche, as alavancas de comando, o painel e assento através da aplicação de imagens estereoscópica e posteriormente validar esta aplicação comparando como os modelos físicos.
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Nas figuras abaixo (figura 9 e 10), fica evidente as diferenças das imagens gráficas reproduzidas em técnicas diferentes. A figura 9 é reproduzida através de modelagem tridimensional tradicional, já a figura 10 é reproduzida com a aplicação da estereoscopia.
Figura 9: Modelagem tradicional Figura 10: Modelagem Estereoscópica Fonte: Ricardo Gasperini 2009 Fonte: Ricardo Gasperini 2009
Este experimento foi utilizado o estéreo passivo com a utilização dos óculos anáglifo.Notou-se que a aplicação da estereoscopia auxilia a visualização de detalhes como profundidade, volume e interação com muito mais riqueza do que a representação de imagens gráficas tridimensionais tradicionais.
Outra vantagem da aplicação da estereoscopia é a visualização mais realista de interferências entre objetos modelados como também uma melhor visualização do volume espacial conforme figura 11.
Figura 11: Simulação do volume espacial Fonte: Ricardo Gasperini 2009
As principais vantagens da aplicação da estereoscopia no experimento foram:
• Realidade Virtual: Os objetos modelados com a estereoscopia fornecem aos designers uma visualização tridimensional próximo do real, com sensação de profundidade e volume; • Imersão: Permite ao projetista ter o sentimento de estar dentro do ambiente construído;
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• Interação: Objetos animados com a aplicação da estereoscopia produzem o envolvimento e reaçõesdo telespectador permitindo estudar a interação do mesmo com o objeto;
• Tempo de Desenvolvimento: Ganho de tempo no desenvolvimento conceitual, permitindo visualizar os objetos com volume, profundidade e integração entre os sistemas antecipando futuros problemas; • Diminuição de Custos: os protótipos virtuais podem reduzir a necessidade de protótipos físicos, isto
possibilita uma diminuição no tempo de desenvolvimento e do trabalho humano empregado no projeto, bem como da quantidade de ferramentas e materiais; (Valério A.V. et al., 2002). 4.1 Validação das imagens estereoscópica
Após efetuar as análises nos modelos virtuais através das imagens estereoscópica, a segunda fase foi construir dois modelos físicos, o manche e a alavanca do flap em madeira “MDF” em escala real para comparar as simulações reais e virtuais.
Figura 12: Comparação da Simulação real e virtual Fonte: Ricardo Gasperini 2009
Nas análises de tamanho do objeto, volume, posturas e visualização espacial tanto as imagens estereoscópica quanto a situação real propiciaram uma boa análise, ou seja, a aplicação da estereoscopia poderia substituir os modelos físicos. Porém com relação à percepção de pega e peso ainda se faz necessário a construção dos modelos físicos.
A experimentação mostrou-se muito boa com relação a visualização de volume e percepção de espaço, o qual muitas vezes precisa-se da construção de modelos físico.
A validação das imagens estereoscópia através da comparação com os modelos físicos permitiu o
desenvolvimento restante da cabine como painéis assentos e os demais objetos com mais confiança, porém sempre analisado e ponderando a necessidade do desenvolvimento dos modelos físicos.
É importante salientar que este experimento da aplicação da estereoscopia não descarta a obrigatoriedade da construção do protótipo físico, pois é através dele que serão fabricados os produtos em série.
Esta experiência necessita ainda da validação do usuário, que no caso é o piloto, para que este experimento tenha uma maior validação da utilização da estereoscopia no desenvolvimento dos dispositivos.
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No experimento pudemos observar que a aplicação da estereoscopia pode facilitar os trabalhos dos designers, antecipando alguns problemas, testando os conceitos como também facilitar a idealização e a materialização virtual do produto para os clientes.5. Conclusão
A aplicação da estereoscopia em modelagem gráfica pode ajudar e muito os designers no desenvolvimento de projetos, principalmente nas fases de idealização e materialização virtual dos objetos, propiciando
sensações de interação e visualização como volume e profundidade dos objetos projetados pouco explorados por outras técnicas.
O experimento com a estereoscopia em imagens tridimensionais permitiu ao projetista a analisar a interação dos dispositivos (objetos modelados) com o usuário, verificando o tamanho dos objetos, suas formas, volume, posturas, manuseio e visualização espacial. Estas análises ficaram enriquecidas pela sensação de realidade produzida pela estereoscopia.
Porém o experimento também mostrou que variáveis como percepção de pega e peso, somente com a aplicação da estereoscopia não é suficiente para uma análise consistente, necessitando neste caso a construção de modelos volumétricos.
Portanto a aplicação da estereoscopia através de modelagens gráficas pode e deve ser utilizada pelos designers, porém estes, devem sempre analisar cada situação exigida pelo projeto a fim de identificar qual fase seria a melhor opção para aplicação da estereoscopia, pois como outras tantas técnicas esta também tem suas limitações, o qual não descarta o sucesso de sua aplicação quando bem utilizada.
6. Referências Bibliografia
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QUIÇA DESIGN, Animação de nanotecnologia, 2008. Disponível em : <http://www.quicadesign.com.br/ >Acesso em : 06 de outubro 2008.
RAPOSO, A.B.; ZENBERG, F.;GATTASS, M.; CELES, W. Visão Estereoscópica, Realidade
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