DESENVOLVIMENTO DE PESQUISAS EXPLORATÓRIAS COM BRAÇO ROBÓTICO / PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS TRIDIMENSIONAIS

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1 DESENVOLVIMENTO DE PESQUISAS EXPLORATÓRIAS COM BRAÇO ROBÓTICO / PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS TRIDIMENSIONAIS Aluno: Vinícius Pontes Arcoverde Orientador: Jorge Roberto Lopes do Santos Introdução Poucos anos atrás, as impressoras e os scanners 3D eram considerados uma tecnologia do futuro. Hoje, ele já são uma realidade e possuem diversas aplicabilidades, para a indústria do entretenimento, para a de produtos, para área médica entre outras. O projeto está sendo desenvolvido no Núcleo de Experimentação Tridimensional (NEXT) do Departamento de Artes e Design PUC-Rio, ambiente dedicado ao desenvolvimento práticoexperimental de projetos de Design envolvendo o 3D e suas formas de aplicação e obtenção físicas e virtuais. Inicialmente o planejamento estava direcionado somente ao desenvolvimento de pesquisas exploratórias relacionadas ao braço robótico adquirido pelo projeto PUC/ ONIP/ Petrobrás - Porém o referido equipamento foi transferido para o prédio da Petrobrás situado também na PUC-Rio e sua instalação por técnicos especializados ainda não foi concluída; desta forma optamos por trabalhar todo o aprendizado de modelagem tridimensional virtual de forma a gerar arquivos para construção (através de scanners e modelagem 3D) em impressoras 3D, similar ao processo exploratório com o braço robótico e ainda aguardamos a instalação do referido equipamento. Então o projeto trata de colaborar com outras áreas do conhecimento para a partir de um melhor uso das tecnologias disponíveis gerar inovações e novas possibilidades na área. Com esse mote foram feitos estudos sobre formas de tornar a visualização de tomografias mais clara e com isso auxiliar no diagnóstico dos pacientes e sobre o desenvolvimento de uma epigrafia digital para as estelas funerárias do Museu Nacional. Objetivos -Experimentar através das tecnologias disponibilizadas pelo laboratório NEXT formas de captura de modelos tridimensionais reais para o ambiente virtual e de construção em impressoras 3D de modelos virtuais.

2 -Contribuir nos estudos para uma visualização menos abstrata de tomografias por parte dos profissionais de medicina. - Escanear tridimensionalmente as 49 estelas do Museu Nacional, a fim de realizar uma epigrafia digital destas. - Através da utilização dessa tecnologia, esperamos recuperar hieróglifos e outros sinais que foram apagados com a ação do tempo, aprimorando o trabalho epigráfico e a contextualização destes artefatos. -Confecção de modo de visualização tridimensional da múmia para usufruto dos visitantes do Museu Nacional. Metodologia A metodologia utilizada foi entender o máximo possível sobre as formas de lidar com as tecnologias de captura e impressão tridimensionais disponibilizadas pelo NEXT/LAPID ou disponíveis online. Para que então seja possível saber qual a mais apropriada para o caso proposto e utilizar a tecnologia de forma assertiva. Desta forma foi feito um estudo sobre a possibilidades de obtenção e aplicação do processamento digital de imagens com foco na saída tridimensional, primeiramente gerando modelos à partir de tomografias computadorizadas e posteriormente no ambiente do Museu Nacional digitalizando estelas funerárias. Desenvolvimento 1 - Metolodologias de Impressão 3D Inicialmente foram estudadas formas de saída físicas através de impressão em cerâmica. As impressões eram feitas com uma impressora montada no próprio laboratório a partir de um projeto open-source. Ela consiste em um bico extrusor ligado à um cartucho contendo compostos de cerâmica que são expelidos por meio da pressão causada por um compressor de ar. O conceito era utilizar a prototipagem rápida para agregar nos processos utilizados atualmente para a construção de peças cerâmicas em grande escala. Vale lembrar que pela impressora ser um protótipo tínhamos que lidar com algumas limitações que não eram recorrentes em outras impressoras como por exemplo ela não

3 interromper a impressão durante caminhos e bolhas de ar que surgirem por má colocação da cerâmica no cartucho. Figura 1 Impressora de cerâmica Figura 2 Modelo 3D logo após impressão Também foi visto como aplicar processos semelhantes à plásticos como ABS e PLA. Assim como na impressora de cerâmica foi necessário estudar como tratar cada arquivo para garantir que ele estivesse pronto para ser impresso. Algo interessante é que o conhecimento foi cumulativo nesse caso pois o software usado, Repetier, era o mesmo utilizado para o operar a impressora FELIX. Nessa etapa foi utilizada também a Ultimaker2 como ferramentas de auxílio a alunos de pós graduação em seus trabalhos acadêmicos em desenvolvimento e a outros laboratórios universidade. Figura 3 Ultimaker2 Figura 4 Modelos para protótipo de mão robótica

4 2 - Visualização 3D de tomografias computadorizadas Foi criado um um grupo composto por estudantes de medicina, de engenharia e eu, estudante de Design, para a partir dos exames propostos elaborarmos metodologias que pudessem auxiliar o profissional de medicina tornando a visualização de tomografias computadorizadas mais natural do que a atual representação em fatias em escala de cinza. Para essa demanda optamos por utilizar o software 3DSlicer, um dos motivos para ele ser escolhido foi por ele ser de código aberto. Ele tem o objetivo de usar os arquivo DICOM, formato de arquivo padrão dos exames médicos, e com a informação de suas fatias extrair as partes que onde pretendíamos estudar a patologia do paciente e gerar modelos tridimensionais a partir deles. Muitas vezes as ferramentas de manipulação das fatias presentes do 3DSlicer não eram suficientes. Então percebemos que seria necessária outra estratégia, para tal utilizamos o software Fiji que é um pacote de processamento de imagem que possui diversos plugins que facilitam a análise de imagens científicas. Foi estudado como utilizar diferentes convoluções para desfocar, tornar nítido, remover ruído entre outros. E também outras técnicas de tratamento de imagem, como por exemplo para identificar áreas de nódulos ou contá-los, com o objetivo de fornecer a maior quantidade de informações relevantes para o profissional de saúde. Figura 5 Exemplo da interface do 3DSlicer

5 Para descobrir o que seria o mais otimizado para o médico no caso de modelos virtuais foi feito o tratamento dos modelos gerados que normalmente eram densos e repletos de imperfeições, muitas vezes inviáveis de serem manipulados em computadores usuais e esses fatores distanciavam o 3d de uma visualização mais natural. Para tal eles eram tratados em softwares de modelagem e escultura virtual para gerar uma malha 3D de baixa densidade e os detalhes convertidos em textura e cor para o modelo. Algo interessante sobre essa parte foi a criação de um manual para que futuras pessoas que vierem a adotar essa técnica tenham mais facilidade. Uma preocupação durante essa etapa foi tornar o processo replicável com o mínimo de conhecimento artístico e médico possível. Para tal foi utilizado o Substance Painter para criar as textura do coração pois ele permite a manipulação paramétrica dos elementos que compõem uma textura. Figura 6 Modelo de coração bruto Figura 7 Modelo após tratamento 3 - Ditalização de estelas funerárias para epigrafia digital Atualmente estou, em parceria com o laboratório LAPID (Laboratório de Processamento da imagem Digital) na digitalização de peças do Museu Nacional. O foco atual é no escaneamento das estelas egípcias que fazem parte do projeto de doutorado em arqueologia

6 do Pedro Luiz Diniz Von Seehausen que que realizará uma epigrafia, estudo da composição de inscrições, a partir das digitalizações. O museu nacional possui 49 estelas de diferentes períodos, em sua maioria foram feitas de calcário com figuras e textos incisos e originalmente coloridas. As estelas são lajes em rocha ou madeira e outros materiais em casos raros, e podem conter cenas e inscrições referentes a decretos e registros históricos de realizações reais. Entretanto em sua maioria elas tinham a função funerária. Com o escaneamento esperamos recuperar hieróglifos e outros sinais que foram apagados pela ação do tempo, aprimorando o trabalho epigráfico e a contextualização destes artefatos. Essas estelas também incrementarão o arquivo de objetos digitalizados do Museu Nacional. Entre as ferramentas utilizadas para o escaneamento a principal é o Scanner RangeVision PRO. Ele foi escolhido pois após tentativas de capturar os detalhes das inscrições com o Artec foi percebida a necessidade de outra alternativa. Esse é um Scanner de luz branca estruturada capaz escanear peças de diferentes tamanhos e de capturar os detalhes de objetos opacos com alta precisão e resolução, feito que é uma limitação de diversos scanners e uma necessidade da situação. Figura 8 Scanner preparado para escanear a estela.

7 A partir do escaneamento para facilitar o trabalho epigráfico estamos gerando mapas que representam as cavidades da peça. Esses mapas permitirão outra camada de análise, além de uma visão mais objetiva das peças por pesquisadores e também outro modo de comparação com o resultado epigráfico final. Figura 9 Estela Figura 10 Modelo Tridimensional da estela

8 Figura 11 Mapa das cavidades da estela Conclusões As tecnologias 3D hoje já se mostraram de forma recorrente em todo o mundo e por ser algo ainda relativamente recente devem ser consideradas extensivamente exploradas e estudadas. Também é extremamente relevante a digitalização de peças históricas pois então elas estarão preservadas de mais uma forma, futuros restauradores que tiverem acesso terão mais uma referência da peça e elas através de plataformas online, poderão tornar-se acessíveis para um maior público. Penso também ser preponderante que o Designer tenha domínio dessas tecnologias pois a natureza interdisciplinar do Design demanda que ele possua recursos para colaborar com outras áreas do conhecimento. Como desdobramentos, após o escaneamento das estelas pretende-se continuar desenvolvendo novas aplicações para tais tecnologias, possivelmente no ambiente do museu. Referências VOLPATO, Neri. Prototipagem rápida: tecnologias e aplicação. São Paulo: Edgard Blücher, SANTOS, J. ; SILVA, J. V. L. ; FERREIRA, C. V. Prototipagem rápida: tecnologias e aplicação. São Paulo: Edgard Blücher,, 2007.