EXPRESSÃO GRÁFICA ATRAVÉS DA REALIDADE AUMENTADA E BIM: UMA EXPERIÊNCIA DE VISUALIZAÇÃO

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1 EXPRESSÃO GRÁFICA ATRAVÉS DA REALIDADE AUMENTADA E BIM: UMA EXPERIÊNCIA DE VISUALIZAÇÃO Lorena Claudia de Souza Moreira UFBA, LCAD, Faculdade de Arquitetura lorena_moreira@hotmail.com Resumo A evolução tecnológica tem ofertado uma nova dimensão para a área da expressão gráfica. Novas ferramentas na área da computação gráfica foram criadas enriquecendo as formas de visualização do objeto no espaço em diversos campos do conhecimento. Na área de Arquitetura, Engenharia e Construção (AEC), o Building Information Modeling (BIM) ou Modelagem da Informação da Construção é um exemplo de uso cada vez mais intenso. Esse processo, aliado à tecnologia da Realidade Aumentada (RA) possibilita gerar modelos geométricos digitais e sua visualização no ambiente real. E é nesse contexto que o presente trabalho discorre sobre Realidade Aumentada associada à Modelagem da Informação da Construção ou BIM. Inicialmente traz uma visão geral sobre os referidos temas e em seguida trata de procedimentos adotados na fase de modelagem geométrica de uma edificação a partir de ferramenta BIM. Compartilhamento de dados, fichamento para escolha de ferramenta de RA e formas de visualização em RA também são assuntos abordados. Com a sistematização das informações durante a realização do experimento obteve-se um melhor entendimento do processo e identificação do potencial, das limitações das ferramentas, visualização espacial, análise de procedimentos e outros aspectos. Palavras-chave: Realidade Aumentada, Building Information Modeling (BIM), Modelagem da Informação da Construção, Visualização de Edificações. Abstract Technology evolution has offered a new dimension for graphics expression. New computer graphics software were created enriching ways of viewing object in space in various fields of knowledge. In the field of Architecture, Engineering and Construction (AEC) Building Information Modeling (BIM) is an example of use more and more intense. This process allied to Augmented Reality Technology allows generating geometric models and its visualization in the real environment. This paper discusses Augmented Reality (AR) associated with Building Information Modeling or BIM. Initially, it provides an overview of Augmented Reality and Building Information Modeling, then it presents adopted procedures used in geometric modeling phase of a building, based on a BIM software. Data sharing, book report, choices of AR tools and various forms of visualization in AR subjects were also discussed. With the systematization of information during the experiment were obtained a better understanding of the process and identification of potential, tools limitations, spatial visualization, procedures analysis and others aspects.

2 Keywords: Augmented Reality, Building Information Modeling (BIM), Building s Visualization. 1 Introdução A partir do momento em que o indivíduo responsável pela criação deixou de ser o executor da sua própria obra, foi necessário desenvolver sistemas de representação que auxiliassem no entendimento do objeto a ser construído. Dessa forma, surgiram vários sistemas de projeção que buscavam uma melhor compreensão do objeto planejado no intuito de transformá-lo o mais próximo do real por meio de sistemas de representação precisos e rigorosos. Ao incorporar os diversos sistemas de representação sob uma mesma linguagem, o meio digital amplia a capacidade de associação dos sistemas de representação espacial, possibilitando a criação de objetos tridimensionais gerados por elementos com alto nível de complexidade geométrica. Ao unir os sistemas de representação empregados da forma tradicional em uma linguagem que possibilita a representação do espaço sobre um suporte multidimensional, que é o espaço virtual, as tecnologias computacionais permitem a representação do espaço em um ambiente similar ao real (GONÇALVES, 2009). A evolução das Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC) faz com que as aplicações computacionais estejam presentes em diversos lugares através dos dispositivos móveis (celulares, tablets e outros). Como conseqüência, os ambientes colaborativos estão tendo um grande desenvolvimento, principalmente em: educação, treinamento, projeto e gestão, demandando ambientes mais realistas através do uso da Realidade Virtual (RV) e Realidade Aumentada (RA) (KIRNER; SISCOUTTO, 2007). Na área de Arquitetura, Engenharia e Construção (AEC), o Building Information Modeling (BIM) ou Modelagem da Informação da Construção é um exemplo de uso cada vez mais intenso. Além disso, a cada dia surgem novas tecnologias que estão sendo desenvolvidas a fim de ampliar e potencializar as aplicações BIM. A RA é uma dessas tecnologias que podem ser utilizadas para ampliar as potencialidades das aplicações BIM, viabilizando outras formas de visualização e de interação com a edificação. Na literatura, estudos existentes sobre Realidade Aumentada associados à tecnologia BIM ainda se mostram incipientes, sendo mais comum a abordagem dessas tecnologias de forma isolada. Uma aplicação desenvolvida com técnicas de RA é uma potencial ferramenta no auxílio ao modo de produção na construção civil, acrescentando ainda que pode

3 auxiliar na concepção de formas arquitetônicas, na simulação e na análise de edificações, na fabricação e na construção (AMIN, 2007). Neste contexto, o presente trabalho traz resultados de uma pesquisa inserida no Projeto - Tecnologias da Informação e Comunicação Aplicadas à Construção de Habitações de Interesse Social (Projeto TIC-HIS), financiada pela FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos), que é vinculada ao Ministério da Ciência e Tecnologia do Governo Federal. Inicialmente foi feita a revisão bibliográfica sobre os temas Realidade Virtual e Aumentada, Modelagem da Informação da Edificação e sobre as ferramentas para Realidade Aumentada. Depois foi realizado um experimento a partir do projeto de uma edificação do Programa Minha Casa Minha Vida II (PMCMV II) do Governo Federal. O experimento realizado compreendeu uma série de etapas: (1) modelagem geométrica em ferramenta BIM (Revit Architecture), (2) compartilhamento de dados entre as ferramentas Revit e SketchUp, (3) testes práticos de visualização em realidade aumentada da edificação (PMCMVII) a partir da ferramenta Ar-media. 2 MODELAGEM DA INFORMAÇÃO DA CONSTRUÇÃO A Modelagem da Informação da Construção pode ser compreendida como: Processo de produção, uso e atualização de um modelo de informações da edificação durante todo o seu ciclo de vida. Esse modelo, além da geometria da construção, contém numerosas informações sobre seus diferentes aspectos, potencialmente abrangendo todas as disciplinas envolvidas num empreendimento. (SANTOS, 2012, p. 26) Esse mesmo autor (SANTOS, 2012) revela ainda que BIM pode ser aplicado a diferentes finalidades: estudos de viabilidade, desenvolvimento de projetos, simulações, orçamentação, planejamento, controle, (pré-) fabricação, construção, visualização, colaboração, representação e registro, manutenção, reforma e, de modo eventual, demolição da edificação. Para Christensen (2012) a Modelagem da Informação da Construção é uma representação digital das características físicas e funcionais da edificação. Pode ser utilizada como recurso para compartilhamento de informações da edificação e base para tomada de decisões durante o ciclo de vida (life-cycle) da edificação (Figura 1). Por abranger todo o ciclo de vida da edificação a Modelagem da Informação da Construção (BIM) pode englobar todos os profissionais envolvidos com o empreendimento.

4 Figura 1 - Ciclo de vida da edificação Fonte: Com o surgimento do BIM houve uma mudança de paradigma, pois a edificação deixa de ser representada em duas dimensões (representação simbólica) e passa a utilizar ferramentas 3D orientadas a objetos, onde cada elemento construtivo do modelo possui um significado, além de poder relacioná-los a outros objetos. Um modelo da edificação em 3D e rico em dados contribui para análises e simulações que, de outra forma, poderia ser desfavorável quanto ao custo-benefício e inviabilizar o estudo de outras alternativas (SANTOS, 2012). É importante salientar que BIM não é apenas uma mudança de tecnologia, mas também uma mudança de processo. Ao permitir que uma construção seja representada por objetos "inteligentes", ou seja, que carregam informações detalhadas e também compreendem suas relações com outros objetos do modelo, a modelagem da informação da construção não está apenas mudando a forma como os desenhos são gerados, mas também alterando o processo que envolve a construção da edificação. Esses modelos podem ser caracterizados por: Componentes da edificação representados por objetos digitais que trazem consigo dados e atributos gráficos que os identificam, bem como regras paramétricas que permitem sua manipulação; Componentes que possuem dados comportamentais, como os necessários para: quantitativo de materiais, especificação e análise energética; Dados consistentes, pois cada alteração feita no objeto é modificada em todas as vistas e componentes de que fazem parte (EASTMAN et al., 2011). 3 REALIDADE AUMENTADA

5 Com o surgimento da Realidade Aumentada (RA) uma nova possibilidade de interação homem computador foi criada. O usuário passa a interagir com os objetos virtuais sobrepostos ao ambiente real no qual ele está inserido. Dessa forma, a RA combina a Realidade Virtual (RV) e o mundo real podendo aumentar a percepção do usuário e sua interação (CARDOSO et al., 2007). Milgram e Kishino (1994) revelam que tanto a Realidade Aumentada quanto a Realidade Virtual devem estar relacionadas e que fazem parte de um conceito mais abrangente, entendido como Realidade Misturada (mixed reality). Os autores abordam ainda o termo Realidade/Virtualidade Contínua (reality-virtuality continuum) que consiste na combinação de objetos apresentados através de algum tipo de dispositivo tecnológico visual, onde o ambiente real e o ambiente virtual se encontram em lados extremos. Entre a Realidade Virtual e o mundo real, encontra-se a Virtualidade Aumentada (VA), que é caracterizada pelo ambiente virtual acrescido de elementos reais e a Realidade Aumentada, que apresenta o mundo real acrescido de objetos virtuais, conforme mostra a Figura 2. Todos esses conceitos fazem parte da Realidade Misturada (RM). Figura 2 - Representação da Realidade/Virtualidade Contínua Fonte: Adaptado de Volker Paelke, 2013 Na RA, o ambiente real não é suprimido, pelo contrário, o ambiente real realiza um papel dominante, pois é a informação sintética que se integra ao mundo físico. Isto leva a um problema fundamental: um ambiente real é muito mais difícil de controlar do que um ambiente completamente sintético (BIMBER; RASKAR, 2005). Para isso, um sistema de realidade aumentada necessita de dispositivos que possibilitem avaliar a posição do usuário (rastreamento e registro) e criar elementos virtuais (modelos geométricos e outros tipos de informações) para integrá-los ao ambiente real por meio

6 de tecnologias de exibição e interação, conforme apresentado na Figura 3 (MOREIRA; AMORIM, 2012). Figura 3 - Esquema básico do sistema de realidade aumentada Fonte: MOREIRA; AMORIM, 2012 A Realidade Aumentada é uma área multidisciplinar e sua aplicação tem crescido nos últimos anos. Pode-se destacar: Educação; Treinamento e manutenção nas mais diversas áreas; Visualização de elementos construtivos, sinalização de ambientes e inserção de informações nas áreas da Arquitetura, Engenharia e Construção (AEC); Prospecção e mapeamento de dados; Visualização de dados; Simulação; Conferência com participantes remotos; Entretenimento; Arqueologia e patrimônio, entre outras. Os avanços da fabricação já implementados nas indústrias automotivas, aeroespaciais e náuticas juntamente com a potencialidade das mídias digitais estão ofertando novas soluções para o campo arquitetônico (AMIN, 2007). O desenvolvimento tecnológico permite alcançar novas formas de aplicação que podem ser utilizadas dando suporte a sistemas baseados em tecnologia BIM, potencializando uma nova forma de interação, representação e visualização da edificação. Irizarry, et al. (2012) revela que devido ao seu baixo custo e pela vasta gama de aplicações

7 possíveis, a Realidade Aumentada, especificamente utilizando dispositivos móveis, terá um impacto significativo nas áreas da Arquitetura, Engenharia e Construção, na próxima década. 4 VISUALIZAÇÃO EM RA NO CONTEXTO BIM 4.1 Contextualização Como dito anteriormente, esta pesquisa integra o Projeto Intitulado Tecnologias da Informação e Comunicação Aplicadas à Construção de Habitações de Interesse Social (Projeto TIC-HIS) financiado pela FINEP e corresponde, mais precisamente, à meta 30 do Subprojeto 03 - Concepção e Projeto Digital, cujo objetivo é especificar interface baseada nas TIC s e procedimentos pertinentes para a projetação e visualização de edificação em ambiente colaborativo. No intuito de cumprir as etapas de teste de interface e elaboração de procedimentos da pesquisa citada, foi proposto o experimento em questão: visualização em RA de uma edificação no contexto BIM. A edificação escolhida faz parte do Programa Minha Casa Minha Vida II do Governo Federal, da construtora Bairro Novo. Compreende um pequeno edifício plurifamiliar, de 5 pavimentos, e com 4 unidades habitacionais por andar. Cada apartamento apresenta uma área útil de 39,03 m 2, e área construída de 43,24 m 2. Foram disponibilizados para a pesquisa: o projeto executivo da edificação em arquivos.dwg - AutoCAD, juntamente com arquivos.doc contendo as especificações técnicas e o memorial descritivo. O experimento realizado abrangeu a pesquisa para escolha da ferramenta de RA, a modelagem geométrica da edificação, o compartilhamento de dados, e a realização de testes de visualização em realidade aumentada. Durante a etapa de modelagem foi utilizada a biblioteca gratuita de componentes BIM disponibilizada pelo Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior (MDIC), elaborada por Contier Arquitetura, para uso em projetos do Programa Minha Casa Minha Vida. 4.2 Escolha da Ferramenta Inicialmente foi realizada uma pesquisa bibliográfica, investigando diversas fontes nacionais e internacionais sobre a temática da Realidade Virtual e Aumentada e Modelagem da Informação da Construção. Posteriormente foram elencados diversos programas de Realidade Aumentada disponíveis a fim de identificar / selecionar uma ferramenta acessível e adequada para o experimento em questão. Através da pesquisa foi elaborada uma síntese com as características gerais dos programas. Em

8 seguida, foram selecionadas 10 ferramentas a serem fichadas: Ar-media, Artoolkit, Build AR, Linceo VR 3.0, Metaio WebSDK, Mxrtoolkit, Wikitude, Flaartoolkit, D Fusion e FLARAS. O software escolhido foi o Ar-media, da Inglobe Technologies, pois dentre as potencialidades da ferramenta destacam-se as possibilidades de: mudança de escala e realização de seções no modelo, gerenciamento dos objetos em camadas, exportação para dispositivos móveis (sistema ios), visualização de sombras, e execução de áudio e vídeo durante a visualização em RA. Além de possibilitar download (versão demo), possuir tutorial e apresentar interface amigável. Essa ferramenta funciona associada aos programas 3DS Max e Maya (Autodesk), SketchUp (Trimble), Scia Engineer e Vectorworks (Nemetschek), Cinema 4D (MAXON). O fichamento realizado no Ar-media, está ilustrado no Quadro 1, a seguir: Quadro 1 - Síntese das características do Ar-media Fonte: Elaborado por Lorena Moreira, Experimento A modelagem da edificação foi realizada no Revit Architecture 2012, da Autodesk (Figura 4), a partir da importação da planta baixa em formato.dwg. Para o trabalho de modelagem novas famílias foram criadas e algumas também foram elaboradas a partir da modificação da biblioteca do MDIC. Internamente foram inseridos todos os equipamentos fixos contemplados no projeto (vasos, pias, chuveiros, portas, escadas).

9 Figura 4 - Etapas da modelagem no Revit Architecture Fonte: Elaborado por Lorena Moreira, 2013 Esta etapa foi fundamental para compreender os conceitos no uso do Revit Architecture, para a elaboração de diretrizes de modelagem geométrica no contexto BIM e para uma análise crítica do procedimento adotado, visando a melhoria do processo de modelagem. Após a finalização da etapa de modelagem foram realizados testes de exportação para o SketchUp Pro (versão 8). O Revit possui diversos formatos de saída (.rvt,.dwg,.dxf,.dgn,.acis,.adsk,.jpeg,. html,.fbx,.gbxml,. ifc) porém somente o.dwg, o.dxf e o.jpeg são aceitos pelo SketchUp. Os formatos.dwg e.dxf preservam a geometria do modelo, já o formato.jpeg corresponde a imagem do modelo visualizada no Revit Architecture momentos antes da exportação. Neste sentido, escolheu-se o formato.dwg para exportação do modelo da edificação. Na importação do arquivo.dwg pelo SketchUp, aparece uma janela com resumo do processo. A janela resumo informa a quantidade de camadas, blocos e linhas importados, além de outras entidades, conforme Figura 5. No processo de importação todas as famílias criadas foram preservadas, porém em alguns momentos houve perda de parte da geometria da cobertura da edificação. Também foi observado que a nomenclatura das camadas importadas não foi incorporada, fato que dificultou a identificação dos elementos contidos em cada camada. Após esta etapa, iniciaram-se os testes de visualização em Realidade Aumentada.

10 Figura 5 - Janela resumo do processo de importação e modelo (SketchUp) Fonte: Elaborado por Lorena Moreira, 2013 Para a visualização do modelo em RA é necessária a utilização de técnicas de rastreamento e registro, isso faz com que o modelo virtual seja corretamente posicionado sobre o mundo real. Tais técnicas podem ser enquadradas em dois grupos: com a utilização de marcadores e sem a utilização de marcadores (Markerless Augmented Reality - MAR). O Ar-media faz o rastreamento através de marcadores, também conhecidos como alvos, onde os usuários podem interagir com os objetos virtuais. Na técnica com marcadores, o objeto a ser rastreado é um padrão artificial que a princípio não faz parte do cenário e possui formas geométricas que facilitam a identificação do mesmo no ambiente (SILVA et al., 2012). Por sua vez, a técnica sem marcadores é mais complexa que a anterior, pois a câmera realiza o rastreamento das informações existentes no ambiente real através das características do ambiente (geometria e textura) sem a inserção de objetos físicos (alvos). O Ar-media disponibiliza em seu website um modelo de marcador para ser impresso ( Para a visualização do modelo em RA é necessário imprimir o marcador e torná-lo ativo na biblioteca de marcadores do programa. Em seguida, devem ser selecionados os objetos a serem visualizados e associá-los ao marcador. Pode ser associado mais de um marcador para diferentes objetos além da possibilidade de criação de novos marcadores (versão paga). Para o experimento foi utilizado um computador pessoal (monitor de 22" teclado e mouse) com processador Intel Core I7-2600, memória de 8 GB e webcam Multilaser com resolução de 1.3 Megapixeis. Foram testadas diferentes formas de visualização do modelo geométrico da edificação em Realidade Aumentada: o modelo completo da edificação em 3D, cortes e detalhes de diversos ângulos (Figura 6). Através do recurso de gerenciamento de camadas foi possível tornar visível elementos isolados do modelo. A mudança de escala, inserção de áudio e visualização de sombras do modelo foram outros recursos verificados. Como foi utilizada a versão de demostração da ferramenta, algumas funcionalidades não foram testadas por estarem desabilitadas.

11 Outro inconveniente foi o tempo de visualização de apenas 30 segundos disponibilizados. Figura 6 Formas de visualização do modelo em Realidade Aumentada (Ar-media) Fonte: Elaborado por Lorena Moreira, Conclusão O meio digital possibilita a interação entre ferramentas gráficas e o compartilhamento de modelos geométricos, estimulando a observação no espaço virtual além de potencializar o entendimento do objeto no espaço através de suas diversas formas de visualização. Na utilização de modelos BIM, a modelagem já possui dados associados ao seu contexto corroborando para visualização e interação em Realidade Aumentada, que na maioria das vezes, necessita de modelos geométricos digitais para sua implementação. O experimento realizado contribuiu para aprimorar os conhecimentos da ferramenta BIM e do processo de modelagem, verificar o compartilhamento de dados entre programas (Revit x SketchUp), testar funcionalidades da ferramenta Ar-media, além de estabelecer procedimentos para todo o processo. A Realidade Aumentada possibilita a visualização dos dados de uma forma dinâmica e associada ao mundo real. Esse sistema associado ao BIM potencializa a percepção espacial de modelos geométricos BIM, além de contribuir para uma melhor compreensão do que está sendo proposto. Com a continuidade das pesquisas

12 envolvendo Realidade Aumentada no contexto BIM novas possibilidades de aplicações surgirão agregando conhecimento às já existentes. Referências AMIM, R. R. Realidade Aumentada aplicada à Arquitetura e Urbanismo f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, BIMBER, Oliver; RASKAR, Ramesh. Spatial Augmented Reality: merging real and virtual worlds. Massachusetts: AKPeters: CARDOSO, Alexandre et al. Tecnologias para o desenvolvimento de sistemas de Realidade Virtual e Aumentada. Recife: EDUFPE, CHRISTENSEN, Douglas. When TCO and BIM Become a TEAM. Journal of Building Information Modeling. Washington: National Institute of Building Sciences buildingsmart alliance Disponível em: < Acesso em: fev EASTMAN, C. M. et al. BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers and Contractors. 2. ed. Hoboken: Wiley, 2011, 626 p. GONÇALVES, Marly de M. O Uso do computador como meio pra a representação do espaço: estudo de caso na área de ensino do Digital & Virtual Design f. Tese (Doutorado em Arquitetura) - Faculdade de Arquitetura, Universidade de São Paulo, São Paulo, IRIZARRY, J. et al. InfoSPOT: A mobile Augmented Reality method for accessing building information through a situation awareness approach. Automation in Construction, v. 33, p Disponível em: < Acesso em: jan MILGRAN, P.; KISHINO, F. A Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays. In: EICE TRANSACTIONS ON INFORMATION SYSTEMS p KIRNER, Claudio; SISCOUTTO, Robson. Realidade Virtual e Aumentada: Conceitos, Projeto e Aplicações. Porto Alegre: SBC, MOREIRA, L. C. S.; AMORIM, A. L. Realidade Aumentada e Patrimônio Cultural: apresentação, tecnologias e aplicações. In: SEMINÁRIO NACIONAL DE DOCUMENTAÇÃO DO PATRIMÔNIO ARQUITETÔNICO COM O USO DE TECNOLOGIAS DIGITAIS, 2., 2012, Belém. Anais Belém: UFPA, SILVA, Daliton et al. Qualcomm Vuforia: Realidade Aumentada para Dispositivos IOS com Qualidade e Desempenho. In: XIV SIMPÓSIO DE REALIDADE VIRTUAL E AUMENTADA, 2012, Niterói. Anais... Niterói: SBC, p SANTOS, E. T. BIM - Building Information Modeling: um salto para a modernidade na Tecnologia da Informação aplicada à Construção Civil. In: PRATINI, E. F.; SILVA JUNIOR, E. E. A. (Org.). Criação, representação e visualização digitais: tecnologias digitais de criação, representação e visualização no processo de projeto. Brasília: Faculdade de Tecnologia da UNB, p