Modelagem Digital para a Visualização e Construção de Superfícies
da Geometria Descritiva
Álvaro José Rodrigues de Lima1 Gerson Gomes Cunha2 Cristina Jasbinschek Haguenauer3
1
Escola de Belas Artes – EBA/UFRJ e Laboratório de Pesquisas em Tecnologias da Informação e da Comunicação – Universidade Federal do Rio de Janeiro -
alvarogd@globo.com
2
Grupo de Realidade Virtual Aplicada do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia – GRVa/LAMCE/COPPE - Universidade Federal do Rio de Janeiro -
gerson@lamce.ufrj.br
3
Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação LATEC/UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro – www.latec.ufrj.br -
cristina@latec.ufrj.br
Resumo
Este artigo apresenta e discute o estado da arte da utilização de Modelagem Digital tridimensional com ferramentas e técnicas de Realidade Virtual no Ensino de Geometria Descritiva. O estudo apresentado neste artigo foi desenvolvido em parceria entre o Grupo de Realidade Virtual Aplicada - GRVa, do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia – LAMCE/COPPE/UFRJ, o Grupo de Estudos de Representação Gráfica em Ambientes Virtuais – GERGAV, da Escola de Belas Artes da UFRJ e o Laboratório de Pesquisa em Tecnologias da Informação e da Comunicação – LATEC/UFRJ, da Escola de Comunicação da UFRJ.
Palavras chave: Ensino de Geometria descritiva, Modelagem Digital, Realidade Virtual.
Digital Modeling and Visualization Applied to Geometry
Abstract
This article presents and discusses the state of the art of using three-dimensional digital modeling, together with tools and techniques of Virtual Reality, in Teaching Geometry. The study presented in this article was developed in partnership between the Group of Applied Virtual Reality - GRVa, from the Laboratory of Computational Methods in Engineering - LAMCE/COPPE/UFRJ, the Study Group of Representation in Virtual Environments - GERGAV, from the School of Fine Arts, UFRJ, and the Research Laboratory of Information and Communication Technologies - LATEC/UFRJ, from the Communication School, of the Federal University of Rio de Janeiro (UFRJ)..
Keywords: Teaching Descriptive Geometry, Digital Modeling, Virtual Reality.
Introdução
A Geometria Descritiva é disciplina fundamental na formação dos profissionais das áreas de Belas Artes, Arquitetura e Engenharia.
Mas, apesar da sua importância, o desenho técnico – assim como outras disciplinas de representação gráfica -, apresenta limitações práticas quando usado para a representar formas complexas. Mesmo que seus métodos permitam representar estas formas, a árdua execução artesanal de diversas planificações e rebatimentos revela o esgotamento do seu potencial já a partir de 1950. Mesmo no projeto de conjuntos mecânicos simples a complexidade da representação e a alta especialização necessária para a sua elaboração e leitura reduzem a sua eficácia. Quando se trata então de expressar formas em relevo ou de geometria variável, o seu uso fica muito limitado. SOARES 2007.
Hoje a Geometria Descritiva, devido ao desenvolvimento e expansão da Computação Gráfica (C.G.) necessita de uma redefinição de seu papel numa sociedade cada vez mais informatizada.
Por último, ao final do século XX surge a C. G. que, mais do que um simples meio de representação, é na verdade, uma mudança radical nos processos de expressão da
forma, constituindo-se numa segunda quebra de paradigmas. Qualquer forma modelada virtualmente pode ser rebatida ou projetada sobre qualquer plano ou sob qualquer tipo de projeção que desejarmos. Esta nova possibilidade desvia as preocupações tradicionais de “representar” um objeto, para a atividade de “construir” este objeto segundo a sua geometria espacial real e não a geometria da sua projeção. SOARES 2007.
A quebra de paradigmas também é defendida pelo argentino Rubem Morelli:
El desarrollo del software permite hace tiempo el modelado sólido tridimensional, partiendo de la geometria 3D de los objetos, y a partir de ese modelado, la obtención de las vistas automáticas em el plano o proyecciones. En este caso, la secuencia se invierte, vamos de 3D a 2D, siendo ésta la base del cambio en la manera de pensar el diseno, lo que sería um nuevo paradigma para nuestra área de representación gráfica. MORELLI 2007.
Nesse contexto entendemos que o conhecimento dos fundamentos da Geometria Descritiva não deve ser negligenciado pelos novos profissionais, mas as novas possibilidades oferecidas pela modelagem computacional deve fazer parte na rotina de estudo dessa disciplina.
Estado da Arte
Na Argentina, no curso de Engenharia da Univercidad Nacional de Rosario, o currículo da disciplina Geometria Gráfica foi alterado em 2002 e o Autocad passou a ser usado (junto com outros programas comerciais de modelagem 3D) no ensino da Geometria Gráfica. Os alunos partem diretamente da modelagem digital para o desenho do projeto em 2D, sendo que todas as fases são realizadas no computador. (MORELLI 2007).
No Brasil, atualmente apenas 18% dos Cursos de Engenharia usam CAD no ensino de suas disciplinas. (BARBOSA & CHENG apud MORAES).
No Departamento de Arquitetura da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, as aulas expositivas tradicionais foram substituídas em 2007 pelo programa Google
Sketch Up, maquetes e origami. Os alunos primeiramente construíam os sólidos no
computador e em seguida faziam suas respectivas representações gráficas no papel, usando os instrumentos tradicionais. (LIMA et al. 2007)
Na UFRGS, O grupo de pesquisa Virtual Design (V!D) desenvolveu o programa HyperCAL 3D, para o ensino de Geometria Descritiva nos cursos de Engenharias e Design (figura 1). Nesse programa, o estudante pode criar seus próprios modelos 3D em VRML (Virtual Reality Modelling Language – Linguagem para modelagem em Realidade Virtual), visualizar sua estrutura espacial e comparará-la com suas vistas ortográficas. Os modelos podem ser editados a qualquer momento pelos estudantes. (TEIXEIRA et al 2007).
A metodologia criada está baseada no desenvolvimento de projetos em várias etapas, formando um ciclo onde o aluno passa por diversos tipos de experiências, proporcionando uma visão abrangente da Geometria descritiva como ferramenta de projeto. (TEIXEIRA et al 2007).
Figura1: Tela do Hipercal 3D onde vemos um modelo 3D gerado em VRML (TEIXEIRA ET al, 2007).
Na Unidade de Engenharia de Produção da Universidade Federal de Campina Grande, usando diferentes programas de modelagem, são produzidas rapidamente modelos tridimensionais de superfícies complexas usando a técnica da interseção das vistas ortogonais (figura 2). Com tal procedimento, não é necessário profundo conhecimento de modelagem virtual, facilitando o trabalho do usuário. (DERKS et al, 2007).
Figura 2: Modelagem rápida de uma televisão a partir da interseção de três superfícies de extrusão com uma de revolução. (DERKS, et al, 2007).
Já no Departamento de Desenho da UFPR, está em fase de desenvolvimento um software destinado exclusivamente para o ensino de Desenho. Após uma minuciosa análise dos diferentes programas disponíveis utilizados para o ensino de GD, os autores resolveram criar o seu próprio software, que no momento permite o usuário a manipular, a partir da vista em perspectiva e verificar o resultado nas outras vistas ortogonais simultaneamente (LIMA & COSTA, 2007).
Figura 3: Software desenvolvido pela UFPR, para o ensino de GD (LIMA, ET AL, 2007).
Aulas de Geometria Descritiva no Laboratório de Computação
Gráfica da Escola de Belas Artes da UFRJ
Em Agosto de 2007, foi iniciado no Laboratório de Computação Gráfica da Escola de Belas Artes da UFRJ (LCG) o uso da modelagem digital no ensino da disciplina Geometria Descritiva. Este experimento pedagógico envolveu alunos dos cursos de Composição de Interiores, Paisagismo e Escultura.
A escolha do software para modelagem digital deveria levar em conta vários fatores, como custo, usabilidade, complexidade etc. Palhaci (PALHACI et AL, 2007) concluiu que, dentre programas comerciais disponíveis, alguns são mais apropriados que outros dependendo da aplicação: O Solid Edge, por exemplo, seria mais indicado para o desenho de peças mecânicas e sua passagem do 2D para o 3D é de fácil entendimento. Comparado com o Autocad, a interface do Solid Edge é mais fácil de
ser dominada pelos alunos. Por outro lado o Autocad seria a melhor escolha para o desenho de arquitetura.
No Laboratório de Computação Gráfica da Escola de Belas Artes da UFRJ (LCG), foi adotado o programa adotado 3D Studio Max, uma vez que, para construir as superfícies básicas abordadas no programa de Geometria Descritiva, não é necessário profundo conhecimento das ferramentas deste software, um usuário iniciante, devidamente orientado consegue obter os resultados desejados.
Figura 4: Interface do 3D Studio Max, onde vemos uma seção parabólica modelada por uma aluna de graduação.
Na interface do 3D Studio Max é disponibilizada a área gráfica onde pode-se ver as 3 vistas ortogonais de um objeto, bem como a sua perspectiva cônica correspondente. Outro aspecto importante é que nesse programa é possível exportar o arquivo no formato de VRML, permitindo seu acesso na internet. Tal recurso é muito útil, pois o curso de Geometria Descritiva da EBA da UFRJ usa a
plataforma Quantum de ensino a distância do LATEC. Uma das atividades desenvolvidas nesse curso semi-presencial consistia no aluno modelar a superfície geométrica no LCG e disponibilizar seu trabalho na web, na sala de aula virtual, para os demais alunos e o professor poderem manipular o trabalho realizado, num ambiente colaborativo (HAGUENAUER et al, 2007).
Para acessar o modelo 3D em VRML não é necessário ter instalado no PC o 3D Studio ou qualquer outro programa de modelagem digital, basta ter acesso a internet e baixar o plugin do Cortona, visualizador desse tipo de arquivo. As .figuras 5 e 6 mostram trabalhos de alunos da Escola de Belas Artes da UFRJ, na modelagem de objetos para o estudo da Geometria descritiva. A figura 5 mostra o trabalho de um aluno do curso de Escultura e a figura 6 mostra o trabalho desenvolvido por uma aluna de paisagismo.
Figura 5: Hélice Cilíndrica modelada no 3D Studio Max e convertida em VRML e visualizada na Internet.
Figura 6: Estudo de um ofurô desenvolvido por uma aluna de paisagismo, a partir das superfícies estudadas na geometria descritiva.
As aulas de Geometria Descritiva na Escola de Belas Artes da UFRJ têm carga horária de 90 (noventa) horas por período, divididas em 6 (seis) horas semanais. Cinqüenta por cento do curso passou a ser oferecidas no Laboratório de Computação Gráfica e a outra metade continuou na sala de aula comum, onde os estudantes têm acesso a aula expositiva tradicional e aprendem Geometria Descritiva com o manuseio dos instrumentos gráficos, tais como régua, compasso, esquadro etc.
A necessidade de contextualizar o trabalho defendida por (Dias 2007) foi posta em prática, onde os alunos não se restringiram a modelar as superfícies geométricas e também são estimulados a produzir projetos de acordo com as respectivas carreiras profissionais de cada um: os alunos do Curso de Composição Paisagística elaboraram projetos paisagísticos; os alunos do Curso de Composição de Interiores
produziram projetos de móveis, utensílios e decoração; e os alunos do Curso de Escultura desenvolveram versões digitais de sua produção plástica.
Considerações Finais
A partir da aplicação de questionários anônimos, foi constatado que a maior parte dos alunos aprovou a experiência do uso da modelagem digital no estudo da Geometria Descritiva. Também foi considerado motivador a introdução desta tecnologia, pois aproxima o estudo teórico do aluno com a sua futura prática profissional. Programas de modelagem digital fazem parte da rotina dos escritórios de designer, arquitetura e paisagismo e o aluno quer ingressar o mais cedo possível nessa realidade. Uma pequena parcela dos entrevistados, no entanto (5%), afirmou que preferia estudar apenas utilizando o instrumental gráfico tradicional.
Do ponto de vista do professor, foi percebida uma maior motivação por parte da maioria dos alunos. O maior desafio, no entanto, foi a definição das atividades mais adequadas ao nível de conhecimento de cada estudante, visando ao desenvolvimento das competências necessárias ao perfeito domínio da Geometria Descritiva e suas aplicações práticas, bem como o melhor aproveitamento dos recursos do software.
Referências Bibliográficas
LIMA, Helder G. G; COSTA, Deise M. B. Desenvolvimento de um Software para o Aprendizado de Geometria Descritiva In GRAPHICA 2007.
LIMA, Mônica M. F; CARVALHO, Sheila O; ASEVEDO, Laíze F. Informatizando e Modelando a Geometria Gráfica. In GRAPHICA 2007
BARBOSA, Carolina C; CHENG Liang-Yee. Uso de Cad Freeware no Ensino de Engenharia. GRAPHICA 2007
DERKS, Johannes C. J. M. et al. Modelamento Rápido de Objetos 3D Através da Interseção Booleana de Múltiplas Extrusões das suas Vistas Ortogonais. In GRAPHICA 2007
SOARES, Cláudio C.P. Uma Abordagem Histórica e Científica das Técnicas de Representação Gráfica – In GRAPHICA 2007- Desafio da Era Digital: Ensino e Tecnologia – VIII Simpósio Nacional de Geometria Descritiva e Desenho Técnico & VII International Conference on Graphics Engineering for Arts and Design. Curitiba. UFPR:2007.
MORELLI, Rubén D. Aplicaciones Didácticas de Modelado de Sólidos y Vistas Automáticas com AutoCad. GRAPHICA 2007.
DIAS, Maria G. A. Modelagem no Ensino da Matemática. GRAPHICA 2007.
PATEK, Maria M. S; LEÃO, R. M. Estudo da Geometria Gráfica por Computador. GRAPHICA 2007.
PALHACI, Maria C. J; DEGANUTTI, Roberto; ROSSI, Marco A. Comparação: Solid Edge, AutoCad ou Prancheta no Desenho pra os Cursos de Engenharia? In GRAPHICA 2007.
TEIXEIRA, Fábio G; At al. HyperCAL 3D – Modelador de Sólidos para Geometria Descritiva in GRAPHICA 2007.
Sobre os Autores:
Álvaro José Rodrigues de Lima
Cum Laude em Educação Artística - habilitação em Desenho e Mestre em Ciências em Arquitetura pela FAU da UFRJ. Professor Assistente da Escola de Belas Artes. Atualmente é doutorando do Programa de Engenharia Civil da COPPE da UFRJ, área de concentração em Sistemas Computacionais na linha de pesquisa Visualização Científica e Realidade Virtual, no Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia - LAMCE. Coordenador do GERGAV- Grupo de Estudos de Representação Gráfica em Ambientes Virtuais. Tem como áreas de interesse Realidade Virtual e Realidade Aumentada.
Gerson Gomes Cunha
Doutor em Engenharia Civil pelo Programa de Engenharia Civil da COPPE/UFRJ (2004), Mestre em Engenharia Civil pelo Programa de Engenharia Civil da COPPE/UFRJ (1991), Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1985). Atualmente é Engenheiro/Pesquisador da Universidade Federal do Rio de Janeiro, Socio Gerente da Simset Tecnologia de Simulação Ltda., Pesquisador Participante do Fundação COPPETEC. Coordenador do Grupo de Realidade Virtual aplicada do Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia (GRVa/LAMCE/COPPE/UFRJ). Tem experiência na área de Ciência da Computação, com ênfase em Metodologia e Técnicas da Computação. Atuando principalmente nos seguintes temas: Realidade Virtual, Computação Gráfica, Plataformas Flutuantes, Exploração de Petróleo.
Cristina Jasbinschek Haguenauer
Graduada em Engenharia Civil pela UERJ (1985), Mestre em Engenharia pela PUC-RJ (1988) e Doutora em Ciências e Engenharia pela UFRJ (1997). Professora Associada da Escola de Comunicação da UFRJ; atua em ensino, pesquisa e consultoria na área de Tecnologias da Informação e da Comunicação, com foco em Educação a Distância, Capacitação Profissional, Formação Continuada, Hipermídia, Jogos Educativos, Ambientes Virtuais de Aprendizagem, Portais de Informação e Realidade Virtual. Coordenadora do Laboratório de Pesquisas em Tecnologias da Informação e da Comunicação - LATEC/UFRJ.
